Dolda strukturer från universums första tid

 

Bild https://hetdex.org En del av ovan linjeintensitetskartan skapades genom att kartlägga fördelningen och koncentrationen av exciterat väte (via Lymans alfavåglängd) i universum för tio miljarder år sedan. Stjärnorna markerar var HETDEX har hittat galaxer. Infällda fältet visar en simulation av strukturen som finns när den  zoomats in och bakgrundsbruset tas bort från data. Källa: Maja Lujan Niemeyer/Max Planck Institute for Astrophysics/HETDEX, Chris Byrohl/Stanford University/HETDEX.

Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX) har astronomer använt data från i projektet för att skapa den största och mest exakta 3D-kartan hittills över ljuset som sändes ut av exciterat väte i det tidiga universum, för 9 miljarder till 11 miljarder år sedan. Denna specifika form av ljus, kallad Lyman-alfa, avges i stora mängder när väteatomer utsätts för en stjärnas energiutkast. Lyman - alfa strålning ett utmärkt verktyg för att hitta ljusstarka galaxer i denna avlägsna tid, som upplevde en våg av stjärnbildning. Dock har platserna från svaglysande galaxer och gas som avger Lyman-alfa, förblivit till stor del okända.

"Att observera det tidiga universum ger oss en uppfattning om hur galaxer utvecklades till sin nuvarande form och vilken roll intergalaktisk gas spelade i denna process," beskriver Maja Lujan Niemeyer, HETDEX-forskare i en studie och nyutexaminerad från Max Planck-institutet för astrofysik som ledde utvecklingen av kartan. "Men eftersom de är långt borta är många föremål i denna tid svaga och svåra att observera."

Med en teknik som kallas Line Intensity Mapping drar den nya kartan in dessa objekt i bild vilket tillför form och nyanser i denna formativa era i vårt universum. Resultaten publicerades den 3 mars i The Astrophysical Journal. 

Krabbpulsaren och dess ränder.

 

De flesta pulsarradiostrålningsutkast är spektralt bredare och brusiga inte så rent bandade som i pulsaren i Krabbnebulosan. En NASA-bild av Krabbnebulosan som tagita av James Webb Space Telescope ses ovan. Foto med tillstånd av NASA. 

Krabbnebulsaren är en relativt ung neutronstjärna och centralstjärna i Krabbnebulosan, resterna av supernovan SN 1054 som observerades över hela Jorden år 1054. Krabbpulsaren upptäcktes år 1968 och var den första pulsar som associerades med resterna av en supernova. En pulsar är en extremt tät, snabbt roterande neutronstjärna – resterna efter en supernova – som skickar ut regelbundna pulser av strålning, främst radiovågor, från sina magnetiska poler. 

"Gravitation förändrar rumtidens form," beskriver Mikhail Medvedev, professor i fysik och astronomi vid KU(university of Kansas)  som kommer att presentera sina resultat vid American Physical Societys Global Physics Summit 2026 som äger rum 15–20 mars på Colorado Convention Center i Denver. "Ljus färdas inte i en rak linje i ett gravitationsfält eftersom själva rymden är böjd," beskriver han. "Det som skulle vara rakt i en platt rumtid blir böjt i närvaro av stark gravitation. I det avseendet fungerar gravitationen som en lins i krökt rumtid."

Gravitationslinsning har diskuterats ingående i samband med svarta hål. Här ser astronomer en "dragkamp" mellan plasma och gravitation som formar den observerade signalen.

"I bilder av svarta hål formar gravitationen ensam strukturen," beskriver Medvedev. "I Crab Pulsar verkar både gravitation och plasma tillsammans. Detta representerar den första verkliga tillämpningen av denna kombinerade effekt."

Relativt nära astronomiskt sett är pulsar en centrerad i Krabbnebulosan belägen i Perseus Arm i Vintergatan endast cirka 6 500 ljusår från jorden . Eftersom den är nära och lätt att observera ger studier av Krabbnebulosan och Krabbpulsaren astronomer insikt i nebulosor, supernovor och neutronstjärnor i allmänhet.

"Det finns ett anmärkningsvärt mönster i en pulsars spektrum," beskriver Medvedev. "Till skillnad från vanliga breda spektra – såsom solljus, som innehåller ett kontinuerligt färgspektrum – visar Krabbans högfrekventa pulsar diskreta spektrala band. Om det vore en regnbåge om man ser spektrat som en regnbåge är det som om bara specifika 'färger' dyker upp utan något däremellan."

De flesta pulsarutkast är spektralt bredare och brusiga, inte bandlika lika rent som Krabbpulsaren.

"Ränderna är helt tydliga med total mörker mellan dem," beskriver Medvedev. "Det finns ett ljust band, sedan inget, ett ljust band, ingenting. Ingen annan pulsar visar denna typ av ränder. Den unika egenskapen pulsaren intressant  och utmanande att förstå."

Medvedev har tagit med Einsteins gravitationsteori i mixen och funnit att den spelar en avgörande roll i Krabbpulsarens zebramönster.

"Den tidigare teoretiska modellen kunde återskapa ränder, men inte med den observerade kontrasten. Gravitationens inkludering ger den saknade pusselbiten," beskriver Medvedev. "Plasmat i pulsarens magnetosfär kan ses som en lins en ofokuserad lins. Gravitationen, däremot, fungerar som en fokuseringslins. Plasma tenderar att sprida ljusstrålar isär. Gravitationen drar dem inåt. När dessa två effekter läggs på varandra finns det specifika vägar där de kompenserar för varandra."

Medvedev beskriver att kombinationen av ett ofokuserad magnetosfärisk plasma och en fokuserande gravitation skapar interferensband i fas och ur fas med radiovågsintensitet som framträder som Crab Pulsars zebraränder.

"Genom symmetri finns det åtminstone två sådana vägar för ljuset," beskriver han. "När två nästan identiska banor för ljus till observatören bildar de en interferometer. Signalerna kombineras. Vid vissa frekvenser förstärker de varandra (i fas) och ger ljusa band. Vid andra tillfällen tar de ut (ur fas), vilket skapar mörker. Det är kärnan i interferensmönstret."

Medvedev sade att han är nöjd med att mekanismen bakom det observerade zebramönstret nu nästan är helt förklarad.

"Det verkar finnas lite ytterligare fysik som krävs för att förklara ränderna kvalitativt," beskriver Medvedev. "Kvantitativt kan det finnas förfiningar. Till exempel inkluderar den nuvarande behandlingen gravitation i en statisk, lägsta ordningens approximation. Pulsaren roterar, och inkludering av rotationseffekter kan introducera kvantitativa förändringar även om de inte är kvalitativa."

Medvedev beskriver att arbetet kan göra det möjligt för forskare att undersöka roterande gravitationsobjekt mer direkt. Dessutom kan den nya förståelsen leda till en ny förståelse för pulsarer i allmänhet. Det utgör också en unik testplats för pulsarteorin och simuleringarna. Modellen kan också vara ett känsligt verktyg för materiefördelningen runt neutronstjärnor och möjligen till och med undersöka deras inre genom dess gravitationseffekter.

En associerad artikel har nyligen publicerats i det peer-reviewade Journal of Plasma Physics. 

Björndjur och Mars jord. Resultatet ej det man hoppats.

 

Bild wikipedia på björndjur (trögkrypare)

Forskarna använde två marsianska simulanter av Mars regolit (mars jord) båda efterliknar den regolit som NASAs Curiosity-rover tog prov från i Rocknest-fyndigheten vid Gale-kratern, söder om planetens ekvator. Forskarna använde två marsianska regolit-simulanter, båda efterliknar den regolit som NASAs Curiosity-rover tog prov från Rocknest-fyndigheten vid Gale-kratern, söder om planetens ekvator 2012. Ett av regolitproven MGS-1, utvecklades först för att fungera som en "global" regolit som representerade planetens yta i stort. Den andra, OUCM-1, utvecklades senare för att mer noggrant efterlikna det specifika provtagningsområdet Gale-kratern med särskild uppmärksamhet på kemisk sammansättning samt mineralsammansättning.

Tillsammans med Penn State Altoona-professor i mikrobiologi Corien Bakermans fann ett internationellt forskarteam nyligen att björndjurens aktivitet minskade avsevärt när de placerades i simulerad marsregolit.  Men att helt enkelt tvätta regoliten med vatten innan man introducerade björndjuren verkade dock ta bort något skadligt ämne och till stor del mildra effekten på deras inaktivitet. 

Studien publicerades i International Journal of Astrobiology, och är ett litet steg mot ett jättesteg för mänskligheten, enligt Bakermans. Tillsammans med Penn State Altoona-professorn i mikrobiologi Corien Bakermans fann ett internationellt forskarteam nyligen att björndjurens aktivitet är en viktig indikator på deras hälsa och att den minskade avsevärt när de placerades i simulerad marsregolit. De lösa mineralavlagringarna (damm som ju mindre kornen är är sylvassa, dock ej på jorden) som täcker en planets eller månes berggrund. 

"När vi överväger att skicka människor till icke-jordiska miljöer behöver vi förstå två saker: hur miljön kommer att påverka människorna och hur människorna kommer att påverka miljön," beskriver Bakermans, som samordnar Penn State Altoonas biologiprogram. Med denna forskning ser vi på en potentiell resurs för att kunna odla växter som en del av att etablera ett hälsosamt samhälle men även om det finns några  skadliga förhållanden i regoliten som vi kan skydda oss mot  eller vi för med oss för att skydda den främmande miljön från jordens påverkan.

Planetärt skydd syftar på att hålla utomjordiska kroppar säkra från jordens föroreningar och vice versa. Det strävas hålla en utomjordisk  miljö så fri från föroreningar som möjligt från människor eller robotar.

Bakermans beskriver att om en planet har sin egen försvarsmekanism mot utomjordiska inkräktare i regoliten som täcker dess yta, kan det vara en mindre oro för dem som planerar rymduppdrag. En sådan mekanism skulle dock sannolikt innebära att människor som hoppas etablera en bas inte skulle kunna anpassa regoliten för att stödja sina behov, som att odla mat. Om försvaret är tillräckligt starkt kan det också skada människor.

"Vi vet mycket om bakterier och svampar i simulerad regolit, men väldigt lite om hur de påverkar djur  även mikroskopiska djur, som björndjur," beskriver Bakermans och beskriver att simulerad regolit är utformad för att exakt efterlikna mineral- och kemisammansättningen som finns på Mars yta och i detta fall på de tåliga björndjuren. 

När vi överväger att skicka människor till icke-jordiska miljöer behöver vi förstå två saker: hur miljön kommer att påverka människorna och hur människorna kommer att påverka miljön," beskriver Bakermans som samordnar Penn State Altoonas biologiprogram. Med denna forskning tittar vi på en potentiell resurs för att kunna odla växter som en del av att etablera ett hälsosamt samhälle. Men vi undersöker också om det finns några inneboende skadliga förhållanden i regoliten som kan hjälpa till att skydda mot kontaminering från jorden, vilket är ett mål för planetens skydd."

"För MGS-1-simulanten såg vi betydande hämning minskad aktivitet inom två dagar avstannade den helt," beskriver Bakermans. "Det var mycket mer skadligt jämfört med OUCM-1, som dock även den var hämmande (i form av hur björndjuren rörde sig normalt. Två dagar senare började dock simulanten påverka björndjurens förmåga att röra sig normalt även i OUCM-1) men mycket mindre än i regolit MGS-1 där allt avstannade."

Björndjur har två tillstånd: aktiva och vilande. I sitt vilande tillstånd, vilket vanligtvis uppnås genom svår uttorkning kan de överleva rymdens vakuum, havets djup och nästan allt däremellan. När björndjur aktiveras genom återfuktning är de något mer ömtåliga men kan ändå förbli aktiva i frostgrader, förändrad tillgång på mat och andra svåra förhållanden. De björndjur som exponerades för MGS-1 visade dock ingen aktivitet efter endast två dagars exponering.

"Vi blev lite förvånade över hur skadligt MGS-1 var," beskriver Bakermans. "Vi teoretiserade att det kanske finns något specifikt i simulanten som kan tvättas bort."

Forskarna sköljde av MGS-1 med vatten och blandade det med färska björndjur. Dessa björndjur hade nästan ingen minskad aktivitet.

"Det verkar som att det finns något mycket skadligt i MGS-1 som kan lösas i vatten – kanske salter eller någon annan förening," beskriver Bakermans och noterade att teamet undersökte vidare. "Det var oväntat, men det är bra på ett sätt, eftersom det betyder att regolitens försvarsmekanism kan stoppa föroreningar. Samtidigt kan den tvättas för att stödja växttillväxt eller förhindra skador på människor som kommer i kontakt med den."

Vatten är knappt i utrymmet, så att tvätta regolit är inte en perfekt lösning, men Bakermans sade att förståelsen att den skadliga komponenten kan sköljas bort är hjälpsamt för att bygga en användbar kunskapsbas.

De galeileiska månarna Io, Europa, Ganymedes och Callistos vattenhalt

 

Bild wikipedia på de galileiska månarna i en sammansatt bild där månarnas storlek kan jämföras med Jupiters: uppifrån ses Io, Europa, Ganymedes och Callisto. De så kallade galeileiska månarna ses Io, Europa, Ganymedes och Callisto kallas så eftersom det var den italienske astronomen Galileo Galilei  som var den som upptäckte dem.

Sedan de första uppdragen av utforskning Jupiter och dess 95 månar i slutet av 1970-talet har forskare vetat att Jupiters månar uppvisar markant olika egenskaper. Io och Europa är det mest slående exemplet. Medan Io är en torr och intensivt vulkanisk värld utan vatten, är Europa isig och tros dölja ett enormt underjordiskt hav av flytande vatten.

I en ny internationell studie under ledning  från Aix-Marseille University och Southwest Research Institute (SwRI) beskrivs att denna slående kontrast fastställdes vid bildandet av dessa månar. De bildades runt Jupiter, inte genom senare evolutionära processer.

"Io och Europa är grannar som kretsar runt Jupiter, men de ser ut att komma från helt olika familjer," beskriver SwRI:s Dr. Olivier Mousis vid Department, Southwest Research Institute, 6220 Culebra Road, San Antonio och andreförfattare till en artikel i Astrophysical Journal som beskriver dessa upptäckter (se nedan). 

Teamet testade två huvudhypoteser för att förklara skillnaderna. Den första antyder att de extrema förhållandena nära Jupiter under satellitbildningen hindrade att vattenis bevarades vilket berövade Io vatten. Den andra hypotesen föreslår att Io och Europa initialt bildades med liknande mängder vatten, men att Io senare förlorade de flesta av sina flyktiga ämnen över tid genom atmosfäriska flykter och erosionsprocesser.

Det internationella teamet rekonstruerade de tidigaste evolutionära stadierna av Io och Europa med antagandet att månens vatten härstammar från hydrerade mineraler som införlivades under bildandet. Med hjälp av en avancerad numerisk modelleringsram kopplade studien månarnas interna termiska utveckling till flyktiga flyktprocesser vilket tog hänsyn till alla större värmekällor som var aktiva i det unga Jupitersystemet, inklusive ackretionsuppvärmning, radioaktivt sönderfall, tidvattenspridning och Jupiters intensiva strålning.

"Io har länge setts som en måne som förlorade sitt vatten senare i livet," förklarar Mousis. "Men när vi sätter den idén på prov vägrar fysiken att visa hur: "Io kunde helt enkelt inte bli av med sitt vatten så effektivt."

För den delen skulle Europa inte heller förlora sitt vatten inte ens under extrema förhållanden. Resultaten visar att Io och Europa redan var fundamentalt olika vid bildandet. Io bildades av torr materia och Europa ackumulerade från isrikt mineral.

"Den enklaste förklaringen visar sig vara den rätta," beskriver Mousis. "Io bildades torr och Europa bildades våt."

Dessa modeller visar att den kompositionella kontrasten mellan Io och Europa inte är resultatet av efterföljande evolution, utan snarare det direkta arvet från den ursprungliga miljön runt Jupiter vid den tid då dess månar bildades. Dessa slutsatser utmanar den långvariga antagandet att Ios högdensitetssammansättning berodde på en massiv förlust av flyktiga ämnen efter dess bildande.

Från och med 2031 kommer NASAs Europa Clipper-uppdrag och Europeiska rymdorganisationens Juice-uppdrag att studera Jupiters stora månar och ge avgörande nya data för att ytterligare testa dessa slutsatser. Särskilt kommer provtagning av vattenisplymer som förväntas bryta ut från sprickor i Europas isiga yta ge historisk kontext.

"Genom att undersöka plymaktivitet och vattens isotopiska fingeravtryck kommer framtida uppdrag att hjälpa oss att rekonstruera de tidiga förhållandena av Jupitersystemets månars  bildande," beskriver Mousis.

Få tillgång till forskningsartikeln "On the Divergent Evolution of Io and Europa as Primordial Ocean Worlds"  i Astrophysical Journal.

ESAs Jupiter Icy Moons Explorer, Juice just nu och dess framtida färd

 

Bild https://www.esa.int/ Juice emblem.

ESAs Jupiter Icy Moons Explorer, (Juice) kommer att göra detaljerade observationer av Jupiter och dess tre stora havsbärande månar Ganymedes, Callisto och Europa. Uppdraget innefattar en uppsättning av fjärranalys, geofysiska och in situ-instrument. Uppdraget kommer att karaktärisera dessa månar som både planetära objekt och möjliga livsmiljöer, utforska Jupiters komplexa miljö på djupet och studera  Jupitersystemet som en arketyp för gasjättar i universum. Uppskjutningen skedde den 14 april 2023

Uppskjutningsplatsvar Europas rymdhamn i Franska Guyana

Bärraket: Ariane 5

Förbiflygningar på vägen var hittills  Augusti 2024 månen -Jorden, augusti 2025 Venus därefter blir det september 2026 Jorden, januari 2029 Jorden vidare sker ankomsten till Jupiter i juli 2031

Se projektets hemsida här finns mycket intressant beskrivet om projektets arbete och nuvarande status. 

Observation av en Jellyfish_galaxy (Manetgalax) långt därute i tid och rum

 

Bilden  wikipedia. Inte den galax som beskrivs i inlägget men en bra bild på hur en manetgalax ser ut.  ESO 137-001, även känd som Manetgalaxen, är en taggformad spiralgalax belägen i stjärnbilden Triangulum Australe  i stjärnhopen Abell 3627. När galaxen rör sig mot galaxhopens centrum med 1900 km/s, blir den avskalad av het gas vilket skapar en 260 000 ljusår lång svans. Detta kallas ram pressure stripping (RPS)

Astrofysiker från University of Waterloo har observerat en tidigare ej känd manetgalax. Den avlägsnaste i sitt slag som någonsin upptäckts.

Manetgalaxer är namngivna efter de långa, tentakelliknande former som finns utefter dem. Den rör sig snabbt i sin heta, täta galaxhop och gasen inom klustret fungerar som en stark vind som trycker ut manetgalaxens egen gas bakifrån och bildar spår. Den tekniska termen för denna process är ram-pressure stripping. Waterloo-forskarna fann denna galax i djuprymddata som fångats av James Webb Space Telescope (JWST). Den är på z = 1,156, vilket betyder att vi ser den som den var för 8,5 miljarder år sedan, när universum var mycket yngre än i dag.

Data ger en sällsynt inblick i hur galaxer förändrats sedan det tidiga universum och utmanar föreställningarna om hur universum borde ha setts ut för 8,5 miljarder år sedan.

Teamet gjorde upptäckten när de undersökte COSMOS-fältet Cosmic Evolution Survey Deep field . En del av universum som många teleskop har observerat för att studera avlägsna galaxer. Astronomer valde denna fläck eftersom den ligger långt från vår egen galaxs plan och därför finns det litet av förorening från stjärnor och damm från Vintergatan i synriktningen. Platsen finns i ett område av universum som är synligt från både norra och södra halvklotet och fritt från ljusa förgrundsobjekt, vilket ger astronomerna en fri vy över det avlägsna universum i tid och rum.

"Vi granskade en stor mängd data från denna tidigare välstuderade region av universum i hopp om att upptäcka manetgalaxer som inte studerats tidigare," beskriver Dr. Ian Roberts, Banting-postdoktor vid Waterloo Centre for Astrophysics vid naturvetenskapliga fakulteten. "Tidigt i vår sökning av JWST-data upptäckte vi en avlägsen, odokumenterad manetgalax som väckte vårt intresse."

Denna manetgalax hade en ordinär galaxskiva och klara blå knutar i sina spår likt mycket unga stjärnor. Stjärnornas ålder tyder på att de bildades utanför själva huvudgalaxen i spåren av avskalad gas, vilket är väntat i en galax av denna typ.

James Webbteleskopet ser på Cranium nebulosa (PMR 1 eller PN G272.8+01.0)

 

Bild wikipedia Infraröda bilder tagna av James Webb Space Telescope. Skillnaderna i vad Webbs infraröda instrument avslöjar och döljer inom PMR 1:s "Exposed Cranium"-nebulosa är tydligt i denna sida vid sida-vy. Fler stjärnor och bakgrundsgalaxer lyser igenom NIRCams vy, medan kosmiskt damm lyser mer framträdande i MIRI:s mellaninfraröda läge. Bild: NASA, ESA, CSA, STScI; Bildbehandling: Joseph DePasquale (STScI)

Nebulosan verkar ha tydliga områden som visar olika faser av dess utveckling. Ett yttre skal av gas som blåstes bort först och till största delen består av väte, samt ett inre moln med mer struktur som innehåller en blandning av olika gaser. Både Webbs NIRCam (Near-InfraredCamera) och MIRI (Mid-Infrared Instrument) visar en distinkt mörk bana som löper vertikalt genom nebulosans centrum och definierar dess hjärnliknande utseende på vänster och höger hjärnhalva. Webbs upplösning visar att denna bana kan vara relaterad till ett utbrott eller utflöde från den i centrum liggande stjärnan, vilket vanligtvis uppstår när dubbla jetstrålar bryter ut i motsatta riktningar. Bevis för detta är tydliga högst upp i nebulosan i Webbs MIRI-bild, där det ser ut som att den inre gasen skjuts utåt.

Även om det fortfarande finns mycket att förstå om denna nebulosa är det tydligt att den skapats av en stjärna nära slutet av sin bränsleförbrännande "existens." I sina slutstadier släpper stjärnorna ut sina yttre lager. Det är en dynamisk och ganska snabb process, i kosmiska termer sett. Webb har fångat ett ögonblick i denna stjärnas nedgång. Vad som slutligen händer beror på stjärnans massa som ännu inte är fastställd. Om den är tillräckligt massiv kommer den att explodera i en supernova. En mindre massiv solliknande stjärna kommer att fortsätta att släppa från sig  lager efter lager tills endast dess kärna återstår som en tät vit dvärg som sedan svalnar över eoner av tid.