Fysiker ser ett svart hål explodera därute

 

Bild https://www.umass.edu  Sågs ett svart hål explodera? UMass Amhersts fysiker tycker det. Denna konstnärs koncept tar ett fantasifullt grepp om att föreställa sig små uråldriga svarta hål. Källa: NASAs Goddard Space Flight Center.

År 2023 kraschade en subatomär partikel, kallad neutrino, in i jorden med så hög energi att det borde ha varit omöjligt. Faktum är att det inte finns några kända källor någonstans i universum som kan producera så hög energi. 100 000 gånger högre än den högenergetiska partikel som någonsin producerats av Large Hadron Collider, världens kraftfullaste partikelaccelerator. 

Dock lade ett team fysiker vid University of Massachusetts Amherst nyligen fram en teori att något liknande kan hända när en speciell sort av svart hål, kallad ett "kvasi-extremalt primordialt svart hål", exploderar.  Sedan, 2023, fångades under  ett experiment kallat KM3NeT Collaboration den omöjliga neutrinon – precis den typ av bevis som UMass Amherst-teamet hade en hypotes om att vi snart skulle få se.

Men det fanns ett problem: Ett liknande experiment, kallat IceCube också det uppsatt för att fånga högenergikosmiska neutrinor, registrerade inte bara händelsen utan det hade aldrig registrerat något med ens en hundradel av denna  kraft. Om universum är relativt rikt av PBH och de exploderar ofta, borde vi då inte bli överösa med högenergirika neutrinor? Vad kan förklara avvikelsen?

"Vi tror att PBH (svarta hål som enligt en hypotes uppstod i universums barndom när materien var mycket tät) med en 'mörk laddning' det som kallas kvasi-extremala PBH:er är den saknade länken," beskriver Joaquim Iguaz Juan, postdoktoral forskare i fysik vid UMass Amherst och en av artikelns medförfattare. Den mörka laddningen är i princip en kopia av den vanliga elektriska kraften som vi känner den, men som inkluderar en mycket tung, i teorin version av elektronen som teamet kallar en "mörk elektron."

"Det finns andra, enklare modeller av PBH där ute," beskriver Michael Baker, medförfattare och biträdande professor i fysik vid UMass Amherst; "Vår mörkerladdningsmodell är mer komplex, vilket betyder att den kan ge en mer exakt verklighetsmodell. Det som är så intressant är att se att vår modell kan förklara detta annars oförklarliga fenomen."

"En PBH med mörk laddning," tillägger Thamm, "har unika egenskaper och beter sig på sätt som skiljer sig från andra, enklare PBH-modeller. Vi har visat att detta kan ge en förklaring till all den till synes inkonsekventa experimentella datan."

Teamet är övertygat om att deras mörkladdningsmodell PBH inte bara kan förklara neutrino utan också kan besvara mysteriet med mörk materia. "Observationer av galaxer och den kosmiska mikrovågsbakgrunden tyder på att någon form av mörk materia existerar," beskriver Baker.

"Om vår teori om mörka laddningar är sann," tillägger Iguaz Juan, "tror vi att det kan finnas en betydande population av PBH, vilket skulle stämma överens med andra astrofysiska observationer och förklara all saknad mörk materia i universum."

"Att observera denna högenergi-neutrinon var en otrolig händelse," avslutar Baker. "Det gav oss ett nytt fönster mot universum. Men vi kan nu vara på tröskeln till experimentell verifiering

Hawking strålning kan visa både urtida svarta hål och nya partiklar bortom Standardmodellen, och förklara mysteriet med mörk materia."

En rapport av händelsen är  publicerad av Physical Review Letters  där teamet beskriver inte bara den annars omöjliga neutrinon utan visar även  hur elementarpartikeln kan avslöja universums fundamentala natur.

Kanske är det mörk materia och inte ett svart hål i centrum av Vintergatan.

 

Bild https://www.ras.ac.uk/ Konstnärs tolkning av Vintergatan, där de innersta stjärnorna rör sig med nästan relativistiska hastigheter (definierade som hastigheter som utgör en betydande del av ljusets hastighet, vanligtvis  till 10 % eller mer) runt en tät kärna av mörk materia utan något svart hål i centrum. På större avstånd fortsätter halo-delen av samma osynliga mörka materia-fördelning att forma stjärnornas rörelser i galaxens utkanter och följer den karakteristiska rotationskurvan. Credit Valentina Crespi med flera. Licenstyp Attribution (CC BY 4.0)

Vintergatan har kanske inte ett supermassivt svart hål i sitt centrum som vi tror utan snarare en enorm klump av mörk materia som utövar samma gravitationsmässiga inflytande, beskriver ett team av internationella astronomer.

De tror att mörk materia som utgör större delen av universums massa kan förklara både den våldsamma rörelsen av stjärnor  bort från galaxens centrum och den mjuka, storskaliga rotationen av  materia i utkanten av Vintergatan kan förklaras av mörk materia.

Den utmanar den ledande teorin att Skytten A* (Sgr A*),  är ett  svart hål i hjärtat av vår galax och är ansvarigt för de observerade banorna för en grupp stjärnor, kända som S-stjärnorna, som snurrar runt i enorma hastigheter på upp till några tusen kilometer per sekund i centrum.

Det internationella forskarteamet har istället lagt fram en alternativ  teori att en specifik typ av mörk materia bestående av fermioner  lätta subatomära partiklar, kan skapa en unik kosmisk struktur som kan förklara vad som sker i  Vintergatans kärna.

I teorin skulle fermionerna skapa en supertät, kompakt kärna omgiven av en enorm, diffus halo, som tillsammans skulle fungera som en enda, enhetlig enhet.

Den inre kärnan skulle vara så kompakt och massiv att den skulle kunna efterlikna gravitationskraften hos ett svart hål och förklara banorna för S-stjärnor som observerats i tidigare studier, liksom banorna för de dammiga objekt kända som G-källor och som också finns i närheten.

Särskilt viktig för den nya forskningen är de senaste uppgifterna från Europeiska rymdorganisationens GAIA DR3-uppdrag, som noggrant har kartlagt rotationskurvan för Vintergatans yttre gloria och visat hur stjärnor och gas kretsar långt från centrum.

Den observerade en avmattning av galaxens rotationskurva, känd som Keplerian-nedgången, vilket forskarna säger kan förklaras av deras mörka materie-modells yttre halo när den kombineras med de traditionella skiv- och galactic bulge i vanlig materia.

Detta, tillägger forskarna, stärker den 'fermioniska' modellen genom att lyfta fram en viktig strukturell skillnad. Medan traditionella kalla mörka materie-halos sprider sig efter en förlängd 'power law'-tail, förutspår den fermioniska modellen en tätare struktur, vilket leder till mer kompakta halo-svansar.

Forskningen har genomförts genom ett internationellt samarbete mellan Institutet för astrofysik La Plata i Argentina, International Centre for Relativistic Astrophysics Network och National Institute for Astrophysics i Italien, Relativity and Gravitation Research Group i Colombia samt Institute of Physics, University of Cologne i Tyskland.

"Detta är första gången en mörk materia-modell framgångsrikt har överbryggat dessa mycket olika skalor och olika objektbanor, inklusive data om moderna rotationskurvor och centrala stjärnor," sade studiens medförfattare Dr Carlos Argüelles vid Institute of Astrophysics La Plata.

"Vi ersätter inte bara det svarta hålet med ett mörkt objekt; Vi föreslår att det supermassiva centrala objektet och galaxens mörka materiehalo är två manifestationer av samma, kontinuerliga substans."

Avgörande är att denna fermioniska mörkmateriamodell redan hade klarat ett betydande test. I en tidigare studie av Pelle et al. (2024), publicerad i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), visade att när en ackretionsskiva belyser dessa täta mörka materiakärnor, kastar de en skuggliknande formation som är slående lik den vild som tagits av Event Horizon Telescope (EHT)-samarbetet av Sgr A*.

"Detta är en avgörande punkt," beskriver huvudförfattaren Valentina Crespi från Institute of Astrophysics La Plata.

Forskarna jämförde statistiskt sin fermioniska mörkmateriamodell med den traditionella modellen för svarta hål.

De fann att även om nuvarande data för de inre stjärnorna ännu inte kan särskilja de två scenarierna, ger mörk materia-modellen en enhetlig ram som förklarar galaxens centrum (centrala stjärnor och skugga) och galaxen i stort.

Den nya studien banar väg för framtida observationer. Mer precisa data från instrument som GRAVITY-interferometern på Very Large Telescope i Chile och sökandet efter den unika signaturen fotonringar  en nyckelfunktion hos svarta hål och frånvarande i mörk materie-kärnscenariot  kommer att vara avgörande för att testa förutsägelserna i denna nya modell, beskriver författarna.

Resultatet av dessa fynd kan potentiellt omforma vår förståelse av den grundläggande naturen hos i centrum av Vintergatan.

Den nya studien har publicerats idag i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). https://academic.oup.com/mnras/article/546/1/staf1854/8431112?login=false

NASAs Perseverance Rover har slutfört sin första AI-planerade körning på Mars

 

Bild NASA NASAs Perseverance Mars-rovern bredvid klippan med smeknamnet "Cheyava Falls" tog denna selfie den 23 juli 2024 och består av 62 individuella bilder. "Cheyava Falls", visar egenskaper som kan påverka frågan om den röda planeten för länge sedan var hem för mikroskopiskt liv. Den ses till vänster om rovern nära bildens mitt. Det lilla hålet som syns i berget är där Perseverance samlade in "SapphireCanyon"-kärnprovet (ett prov taget från en åderfylld sten vid namn "Cheyava Falls." Den pilspetsformade stenen innehåller övertygande egenskaper som kan hjälpa till att svara på om Mars var hem för mikroskopiskt liv i det avlägsna förflutna). NASA/JPL-Caltech/MSSS

Under Perseverances körningar under den 1707 och 1709 marsdagen av uppdraget gjorde teamet följandet: Generativ AI arbetade med analysen av högupplösta omloppsbilder från HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment)-kameran ombord på NASAs Mars Reconnaissance Orbiter samt terränglutningsdata från digitala höjdmodeller. Efter att ha identifierat kritiska terrängformationers berggrund, utlöpare, farliga stenfält, sandkrusningar och liknande genererade den en sammanhängande väg komplett med vägpunkter.

För att säkerställa att AI:ns instruktioner var fullt kompatibla med roverns mjukvara bearbetade ingenjörsteamet även drivkommandona via JPL:s "digitala tvilling" (virtuell kopia av rovern), och verifierade över 500 000 telemetrivariabler innan de skickade kommandon från jorden till Mars.

Den 8 december, med generativa AI-vägpunkter i minnet, körde Perseverance 689 fot (210 meter). Två dagar senare körde den 807 fot (246 meter).

"De grundläggande elementen i generativ AI visar stor potential när det gäller att effektivisera  för autonom navigation av körning utanför jordens kommando (för att se stenar och krusningar), lokalisering (och veta var rovern befinner sig) och planering och kontroll (att bestämma och genomföra den säkraste vägen)," beskriver Vandi Verma, rymdrobotiker på JPL och medlem i Perseverances ingenjörsteam. "Vi rör oss mot en tid då generativ AI och andra smarta verktyg kommer att hjälpa våra rovers därute att hantera kilometerstora körningar samtidigt som operatörernas arbetsbelastning minimeras och att identifiera intressanta ytor för vårt vetenskapsteam genom att genomsöka enorma mängder roverbilder." 

"Föreställ dig intelligenta system inte bara på marken på jorden utan även i applikationer i våra rovers, helikoptrar, drönare och andra element som tränas med den samlade visdomen från våra NASA-ingenjörer, forskare och astronauter," beskriver Matt Wallace, chef för JPL:s Exploration Systems Office. "Det är den banbrytande teknologin vi behöver för att etablera infrastrukturen och systemen som krävs för en permanent mänsklig närvaro på månen och även på Mars mm."

För fyra år sedan slukade ett svart hål en stjärna men spottar ännu i dag ut rester av denna

 

Bild wikipedia på Radioteleskopet Very Large Array i Mexiko som användes vid arbetet.

Ett supermassivt svart hål med vad man kan se som matsmältningsbesvär har rapat ut resterna av en sönderriven stjärna i fyra år och än ses inget slut. Detta enligt ny forskning under ledning av astrofysiker Yvette Cendes,  vid UO (University of Oregon).

Redan nu är jetstrålen som skjuts ut ur det svarta hålet med rester av stjärnan en av de ljusstarkaste och mest energirika platserna som någonsin upptäckts i universum. Forskare har hittills samlat in tillräckligt med data om denna ovanliga händelse för att förutsäga att strömmen av radiovågor som kastas ut ur det svarta hålet kommer att fortsätta öka exponentiellt tills det når sin topp 2027. 

Nyfikenheten om detta svarta hål väcktes 2019 och  Cendes och hennes kollegor började då granska det svarta hålet närmare. De började med rapporterade upptäckten i en artikel 2022 i Astrophysical Journal 

Sedan dess har de fortsatt att övervaka det och det har fortsatt att överraska dem. Objektets officiella vetenskapliga namn är AT2018hyz. I den senaste artikeln visar Cendes och hennes kollegor att energin som avges från det svarta hålet har fortsatt att öka kraftigt under de senaste åren. Den är nu 50 gånger ljusstarkare än när det först upptäcktes 2019.

Deras beräkningar tyder  på att strålningen från stjärnan har skjutit ut i en enda riktning som en enda så kallad jetstråle. Det kan förklara varför den inte upptäcktes från sin allra första början då jetstrålen inte är riktad mot jorden, beskriver Cendes.

Men de kommer inte veta säkert om strålen ökar och energin enligt beräkning når sin topp om några år förrän 2027. De beräknade det nuvarande energiflödet från det svarta hålet och kom fram till ett häpnadsväckande tal, vilket satte det på samma nivå i kraftfullhet som ett gammastråleutbrott och har potentiellt placerat det bland de mest kraftfulla enskilda händelser som någonsin upptäckts i universum. Om det stämmer får vi veta 2027.

Radiosignalerna från en supernova avslöjar en stjärnas sista tid

 

Bild wikipedia. Resterna av Keplers supernova, SN 1604 som är resterna efter  en stjärna som exploderat. Det var en supernova av typ Ia, som från jorden sågs flamma upp den 9 oktober 1604. Under de första dagarna tilltog den något i ljusstyrka. Den var under en period synlig även dagtid innan den långsamt falnade bort och i början av 1606 blev helt osynlig för blotta ögat. Supernovan är inte den som beskrivs i texten nedan vilken jag inte fann en bild på.

Astronomer har för första gången fångat radiovågor från en sällsynt klass av exploderande stjärnor. Upptäckten har gett en aldrig tidigare skådad inblick i de sista åren av en massiv stjärnas existens innan dess utplåning som supernova.

Med hjälp av National Science Foundations Very Large Array-radioteleskop i New Mexico följde forskarna de svaga radiosignaler från explosionen under ungefär 18 månader. Radiovågorna avslöjade tydliga tecken på gas som stjärnan slängde ut bara år innan den exploderade. Det är information som inte kan fångas med optiska teleskop.

Raphael Baer-Way, tredjeårsdoktorand i astronomi vid University of Virginia och huvudförfattare till studien nedan, beskriver: "Vi kunde använda radiotelekopobservationer för att se det sista decenniet av stjärnans liv före explosionen. Det är som en tidsmaskin av stjärnans sista tid, särskilt de sista fem när stjärnan förlorade mycket massa (innan explosionen)."

Baer-Way beskriver i studien (se nedan) att stjärnor som slutar som supernovor i andra då de exploderar, men om en stjärna avger mycket massa innan sin undergång kan gasen fungera som en "spegel" som avslöjar stjärnans sista stadier när explosionens tryckvåg slår in i denna. En interaktion som skapar starka radiovågor.

Baer-Way beskriver att hans team fann bevis för att stjärnan sannolikt befann sig i ett dubbelstjärnsystem  och att interaktionen med den andra stjärnan kan ha drivit fram den dramatiska massförlusten precis före explosionen.

"Att förlora den mängd massa vi såg under dess sista tid innan explosionen kräver nästan säkert två stjärnor som genom gravitation är bundna till varandra," fbeskriver Baer-Way.

Hittills har forskare mestadels förlitat sig på optiska teleskop för att dra sådana slutsatser. Radioteleskopobservationer tillför ett kraftfullt  verktyg till de resurser som finns tillgängliga för forskarna som studerar dessa fenomen.

Enligt Baer-Way är nästa steg att utöka detta arbete genom att studera ett större urval av supernovor för att undersöka hur ofta dessa intensiva massförlustsepisoder inträffar och vad det avslöjar om hur stjärnor utvecklas.

"Raphaels artikel har öppnat ett nytt fönster mot universum för att studera dessa sällsynta, men intressanta supernovor genom att visa att vi måste rikta våra radioteleskop mycket tidigare än tidigare antagits för att fånga deras flyktiga radiosignaler," beskriver Maryam Modjaz, professor i astronomi vid UVA och expert på massiv stjärndöd och supernovor.

"Baer-Ways snabba och rigorösa analys av insamlad data har resulterat i en publicerad artikel tillsammans med ett pressmeddelande som fått uppmärksamhet i flera medier vilket, understryker den enastående kvaliteten på forskarstuderande som lockas till UVA:s astronomiavdelning. Det är inte förvånande att Raphael Baer-Way nyligen tilldelades det mycket prestigefyllda NSF Graduate Research Fellowship."

Studien är publicerad i The AstrophysicalJournal Letters,  och fokuserar på en stjärnexplosion kallad en typ Ibn-supernova. (en sällsynt klass av kärnkollapssupernovor kännetecknade av spektra med dominanta, smala heliumlinjer (He) och lite eller inget väte. De uppstår när massiva, vätefattiga stjärnor exploderar och interagerar med ett tätt, heliumrikt hölje. Dessa explosioner är ofta blå, ljusstarka och snabbutvecklande) 

HD 137010 b är en iskall jordliknande exoplanet

 

Bild https://science.nasa. Konstnärs koncept av en exoplanetkandidat kallad HD 137010 b (ännu ej säkert bekräftad planet) , troligen en iskall stenig planet något större än jorden, som kretsar runt en solliknande stjärna cirka 146 ljusår bort. NASA/JPL-Caltech/Keith Miller (Caltech/IPAC

Forskare fortsätter ännu att analysera data insamlade av NASAs Kepler Space Telescope, som pensionerades 2018 och hittar ännu överraskande fynd. I en ny artikel (se nedan) avslöjas det senaste. En möjlig stenplanet något större än jorden kretsande runt en solliknande stjärna cirka 146 ljusår bort.

Planetens omloppstid är sannolikt liknande jordens, omkring ett jordår. Planeten HD 137010 b verkar ligga precis inom ytterkanten av sin stjärnas "livsmöjliga zon". Det avstånd där  flytande vatten kan finnas och en livsvänlig atmosfär existera. 

Men dess sol ger mindre värme och ljus till planeten än vår sol ger jorden. Den får mindre än en tredjedel av vad jorden får från solen. Även om stjärnan är av stjärntyp liknande vår sol är solen HD 137010 svalare och svagare av ljus. Det kan innebära en yttemperatur på HD 137010 b av högst -68 grader Celsius. Som jämförelse ligger den genomsnittliga yttemperaturen på Mars på ungefär -65 grader Celsius.

Det behövs även uppföljande observationer av HD 137010 b för att kunna uppgradera planeten från "exoplanetkandidat" till "bekräftad planet." Exoplanetforskare använder olika tekniker för att identifiera planeter och denna upptäckt kommer från en enda "transit". Innebärande en bild på att att en trolig planet korsar sin stjärna i en slags miniatyrförmörkelse och upptäcktes under Keplers andra uppdrag som kallades K2. Att fånga fler transiter kommer att bli knepigt.

 Planetens omloppsavstånd, som är lik jordens, innebär att sådana transiter sker mycket mer sällan än för planeter i snävare banor runt sina stjärnor. Med lite tur kan bekräftelse komma från observationer av efterträdaren till Kepler/K2, NASAs TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Det är fortfarande i drift. Alternativt Europeiska rymdorganisationens CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite).

Annars kan insamling av ytterligare data om planeten HD 137010 b behöva vänta på nästa generation rymdteleskop. Trots möjligheten till ett iskallt klimat kan HD 137010 b också visa sig vara en tempererad eller till och med vattenrik värld, beskriver författarna till artikeln om HD 137010. Den skulle bara behöva en atmosfär rikare på koldioxid än vår egen. Vetenskapsteamet, baserat på modellering av planetens möjliga atmosfärer och ger den 40 % chans att falla inom guldlockzonen den livsmöjliga zonen runt stjärnan och 51 % chans att falla inom den bredare "optimistiska" beboeliga zonen. Å andra sidan säger studiens författare att planeten har ungefär 50–50 chans att helt falla bortom  den  zonen.

Ett internationellt vetenskapsteam publicerade en artikel om upptäckten, "A Cool Earth-sized Planet Candidate Transiting a Tenth Magnitude K-dwarf From K2," i The Astrophysical Journal Letters den 27 januari 2026. 

Teamet leddes av astrofysikdoktoranden Alexander Venner från University of Southern Queensland, Toowoomba, Australien, som nu är postdoktoral forskare vid Max Planck-institutet för astronomi i Heidelberg, Tyskland. 

Mystiska radiopulser från universum kommer troligen från detta slags binära system

 

Bild https://www.icrar.org  Illustration av interaktionen mellan en röd dvärgstjärna och en vit dvärgstjärna i den långperiodiska transienta GPM J1839-10. Crediter: D. Futselaar/Horvath, Rea, Hurley-Walker et al. 2026

Under de senaste fyra åren har en ny klass av signaler från universum fångat astronomernas uppmärksamhet. Dessa händelser härstammar från galaktiska objekt kända som långperiodiska transienter (LPT) (övergående radiopulser över tid), vars källa är okänd. De framträder som upprepade ljusa radiopulser med ovanligt långa perioder i tid. Hittills har omkring 12 sådana källor upptäckts. Men deras ursprung och mekanismerna som genererar deras emission är fortfarande oklara.

I en ny studie publicerad i Nature Astronomy, under ledning av (Curtin Universitys nod) har ICRAR-doktorand Csanad Horvath, beskrivit den längst i tid pågående  LPT  känd som den som varit i drift under längst tid. 

GPM J1839-10 har en period på 21 minuter ingen längre har observerats i Vintergatan. Det har nu visats vara ett binärt system som hyser en vit dvärgstjärna. Detta system består av en snurrande vit dvärg (en stjärnrest av en stjärna) och en röd dvärg (en stjärna mindre och svalare än solen).

GPM J1839-10  läggs till vetenskapliga bevis till två tidigare studier där det föreslagits att andra LPT:er skulle ha samma typ av binära system och visar att de flesta LPT:er kan ha liknande ursprung eller uppbyggnad. Den exakta fysiken bakom de ljusa radiopulserna från dessa källor har nu kopplats till interaktionen mellan den vita dvärgpulsarens magnetfält och utkast från följeslagarstjärnan ( i detta fall den röda dvärgstjärnan)