Neptunus udda måne Nereid

 

Bild wikipedia på Neptunus måne Nereid.

Neptunus själv är en unik planet med en lutad  bana av 30 grader. Här finns några ovanliga månar inklusive den Pluto-stora månen Triton. Triton kretsar baklänges kring Neptunus, vilket tyder på att den inte bildades runt Neptunus utan istället fångats upp av Neptunus gravitation efter att den bildats någon annanstans i solsystemet. Nya observationer tillsammans med simuleringar av Neptunus evolutionära historia tyder på att en ofta förbisedd neptunisk måne  Nereid kan avslöja planetens förflutna.

Jupiter, Saturnus och Uranus har alla "typiska" månsystem, där varje planet har flera stora månar som kretsar nära och längs värdplanetens ekvatoriella plan, samt många mindre månar, kallade oregelbundna satelliter, som ligger längre ut på lutande eller "lutande" banor. Neptunus, å andra sidan, har bara en stor måne, Triton, som innehåller 99,9 procent av massanav resterande månar runt Neptunus (summa månar runt planeten är 18 st). Tritons bana är retrograd. Den rör sig medurs, medan Neptunus kretsar runt solen moturs. Detta innebär att Triton inte kunde ha samlats på plats, som Jupiters och Saturnus månar gjorde, ur skivan av materia som kretsar moturs runt sin planet och där det bildas månar. Istället tros Triton vara ett objekt från Kuiperbältet likt Pluto är och som drogs in mot Neptunus  och fångades av Neptunus gravitation.

Före Voyager 2:s förbiflygning av Neptunus i augusti 1989 var endast en annan måne känd runt Neptunus förutom Triton, Nereid. Upptäckt av den nederländske astronomen Gerard Kuiper 1949 sedan dess Nereid sedan dess utgjort ett mysterium. Månen följer en excentrisk bana, svänger runt Neptunus i en ellips och är långt från sin planet, men inte alls lika avlägsen som oregelbundna månar runt de andra jätteplaneterna. Intressant nog har Nereid inte en retrograd bana som Triton och dess bana är mycket mindre lutande än andra oregelbundna månar i solsystemet. Med dessa detaljer diskuterade forskare Nereids ursprung i 70 år, utan att kunna avgöra om månen fångades eller bildats på plats.

År 2024 använde Caltechs (California Institute of Technology) doktorander Matthew Belyakov och M. Ryleigh Davis (MS '22) James Webb Space Telescope (JWST) för att observera Neptunus månsystem där Nereid var ett av målen. Teamet använde JWST:s närinfraröda spektrograf, som delar upp ljus i dess många olika våglängder för att få kemisk information om ett objekts mineral. Nereids spektrum verkade ganska annorlunda än asteroiderna  vi känner till i Kuiperbältet. Nereid liknade istället Uranus månar. Med hjälp av observationsdata, som antydde ett icke-fångat ursprung för Nereid, utvecklade Belyakov sedan simuleringar av utvecklingen av Neptunus månar.

Simuleringarna visade att när Triton kraschade in i det neptunska systemet och fångades, kunde befintliga neptunska månar ha kastats ut på excentriska banor som såg identiska ut med Nereides. Detta tyder på att Nereid bildades  runt Neptunus, snarare än att vara ett infångat främmande objekt.

"Att förstå vad som hände vid Neptunus är ett av sätten vi kan lösa vad som hände i det tidiga solsystemet och Nereid är viktig för att fastställa viktiga händelser som Tritons fångst," beskriver Belyakov. "Vi hoppas att detta arbete motiverar människor att göra kreativa observationer av Nereid, även om det är svagt och avlägset. Det är lika viktigt som Triton historia. Jag hoppas att Nereid kommer att besökas under ett uppdrag under min livstid." beskriver Belyakov.

Innan ett sådant uppdrag kommer mycket om Nereid sannolikt att förbli ett mysterium. Voyager-bilder av Nereid är bara några pixlar i diameter. I fortsättningen på sitt arbete siktar teamet på att bygga fler simuleringar för att begränsa tidpunkten för Tritons fångst och möjliga konfigurationer för det initiala månsystemet runt Neptunus.

Forskningen leddes av doktoranden Matthew Belyakov och genomfördes som ett samarbete mellan laboratorierna hos professor i planetvetenskap Konstantin Batygin (PhD '12) och Mike Brown, Richard och Barbara Rosenberg Professor i planetastronomi samt Terence D. Barr Leadership Chair och chef för Center for Comparative Planetary Evolution.

En artikeln har publicerats i Science Advances med titeln "Nereid as a regular satellite of Neptune." Förutom Belyakov, Batygin, Brown och Davis är den tidigare Caltech-doktoranden Ian Wong (PhD '18) numera vid Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, medförfattare. Finansieringen tillhandahölls av NASA, Europeiska rymdorganisationen och Kanadas rymdmyndighet, som gemensamt driver JWST. 

Shalbatana Vallis en dalgång på Mars som en gång var en vattenrik flod.

 

Bild https://www.esa.int   Fågelperspektiv över ett litet kaotiskt område i Shalbatana Vallis

ESA:s sond (European Space Agency) Mars Express har sedan 2003 svävat över Mars och gett oss många nya bilder därifrån. Ovan är från kanalen Shalbatana Vallis en fascinerande dal på Mars omgiven av tecken på forntida vatten, lava, kratrar och kaos. Shalbatana Vallis bildades för cirka 3,5 miljarder år sedan, när enorma mängder grundvatten steg upp till Mars yta. 

Dessa katastrofala översvämningar av vatten skar in i berget och forsade nedåt vilket  av detta framforsande vatten skapade de numera torra slingrande dalarna som  ex  Shalbatana Vallis. Troligen var det mycket länge sedan denna var en av vatten fylld flod. I dag är den efterlämnade dalen fylld av andra material i form av marsregolit (marsjord). Även om vi inte vet exakt vilka material som fyllt dalen över tid kan en isolerad fläck av nyligen avsatt blåsvarta material ses i den mest knotiga delen av kanalen i form av vulkanaska som blåsts omkring av marsianska vindar.

 Shalbatana Vallis är en av många sådana dalar som finns i denna region på Mars. Denna del av Mars skiljer planetens kraftigt kraterfyllda södra högland  (till vänster) från de slätare norra låglanden (till höger). 

Precis utanför bild ligger nämnda Chryse Planitia, en av de lägsta delarna av hela planeten (se karta nedan). Många av Mars största utflödeskanaler slutar vid Chryse Planitia, vilket får vissa att föreslå att den en gång kan ha varit täckt av ett betydande hav någon gång under Mars varmare och blötare historia.  

Plötsligt blev resultatet strängteorin utan att fysiker letade efter bevis på den.

 

Bild wikipedia I strängteorin är de mest fundamentala byggstenarna, som tidigare setts som punktpartiklar, i själva verket små vibrerande strängar.

Om du kunde ta ett äpple och dela det i mindre och mindre delar skulle du hitta molekyler därefter atomer följt av subatomära partiklar som protoner därefter kvarkarna och gluonerna som utgör massan av protonerna. Därefter enligt strängteoretiker om du fortsätter till än mindre skalor ungefär en miljard miljarder gånger mindre än en proton  kommer du att finna små vibrerande strängar. Strängteorin innebär att beroende på hur en grupp sådana vibrerar kan slutpunkten bli  ett grundämne om man går samma väg som ovan men nu från motsatt håll. 

Den hävdar att alla partiklar, inklusive gravitonen den hypotetiska partikel som tros ge gravitationskraften genereras av mycket små vibrerande strängar. Matematiken bakom strängteorin kräver att strängarna vibrerar i minst 10 dimensioner istället för de fyra vi lever i ( höjd längd bredd och tid), vilket är en av anledningarna till att vissa forskare inte är övertygade om att strängteorin är korrekt. Men kanske är den största utmaningen för teorin de ultrahöga energier som krävs för att testa den.  Ett sådant experiment kräver en partikelaccelerator i en storlek som en galax.

Hur ska en fysiker göra för att bekräfta eller förfalska teorin? Ett sätt  kan vara att undersöka teorin är att använda en "bootstrap"-metod, där forskare börjar med vissa antaganden de tror är sanna om universum och sedan undersöka vilka lagar som uppstår ur dessa antaganden.  Utifrån ett par grundläggande antaganden om hur partiklar bör spridas av varandra vid mycket höga energier, härledde de strängteorins element.

"Trådarna bara föll av," beskriver Clifford Cheung, professor i teoretisk fysik och chef för Leinweber Forum for Theoretical Physics vid Caltech. "Vi började inte alls med några antaganden om strängar, men sedan innehöll lösningen strängarnas hörnstenssignaturer."

Även om arbetet inte utgör experimentella bevis för strängteori, är det "mycket suggestivt ur ett teoretiskt perspektiv, eftersom de allmänna antagandena kunde ha gett oändliga lösningar, men de gav bara en," beskriver Cheung.

Denna bootstrap-metod hjälper fysiker att hitta de definierande egenskaperna hos strängteorin, förklarar Hirosi Ooguri, Fred Kavli-professor i teoretisk fysik och matematik vid Caltech och Kent och Joyce Kresa Leadership Chair för Division of Physics, Mathematics and Astronomy, som är strängteoretiker men inte medförfattare i artikeln. "Det hjälper också forskare att komma på alternativa teorier. Om strängteori inte är sann och vi vill hitta en annan modell vilka grundläggande antaganden behöver vi då ta bort?" beskriver Ooguri.

Fortsätt läs här i ett längre utlägg på engelska  hur man diskuterar detta av de som forskar inom detta på California Institute of Technology 

Brytning av metaller och bränsle på asteroider blir tillgång till Marskolonier.

 

Bild https://scitechdaily.com 253 Mathilde, en kolhaltig asteroid (en asteroid av alla de i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter) som kan användas  att bryta material ur för raketbränsle. Källa: NASA

På en framtida Marskoloni  behövs inte bara mat och syre utan även metall och energi. Strukturellt stål för habitat, aluminium för utrustning, järn för verktyg och många av komponenterna kommer att slitas ner över tid, gå sönder och behöva bytas ut. Att skeppa allt detta från jorden är ingen seriös långsiktig strategi.

En raketuppskjutning kostar tiotals miljoner pund per ton last, och resan till Mars tar mellan sex och nio månader beroende på var de två planeterna befinner sig i sina banor. 

I ny studie av forskare vid EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne i Schweiz)  har nu beskrivs den svåra matematiken att bryta metall från asteroider och leverera metallerna direkt till Mars. Solsystemet innehåller miljontals asteroider och de metallrika kända som M-typ asteroider, är i princip gigantiska klumpar av järn, nickel och andra värdefulla material därute i rymden. Frågan är om vi kan nå dem, utvinna det vi behöver och få det till Mars tillräckligt effektivt för att det ska vara värt det.

Svaret visar sig vara ett försiktigt eventuellt ja. Teamet körde ett datorprogram som testar tusentals olika kombinationer för att hitta det bästa möjliga svaret av flera leveranskedjor. De tog hänsyn till energin som krävdes för att resa mellan olika asteroider och Mars, massan av metaller som realistiskt kunde utvinnas och bränslet som behövdes för återresan.

Det är just den sista punkten där en smart lösning kommer in i bilden. Vissa asteroider rika på kol och vattenis. Bearbeta dessa material korrekt och du kan tillverka raketbränsle direkt i rymden vilket eliminerar behovet av att ta med returbränsle från jorden. Studien bygger in denna möjlighet direkt i beräkningarna av leveranskedjan. Resultaten identifierar specifika asteroider som ligger inom räckhåll för nuvarande rymdfarkostteknologi, där energikostnaden för att ta sig dit och tillbaka är tillräckligt låg för att göra uppdraget genomförbart. Teamet lärde sig snart att det viktigaste är att välja rätt mål. En dåligt vald asteroid kan förbruka mer bränsle än värdet på de metaller den levererar.

Det som gör denna studie betydelsefull är inte att den löser problemet eftersom vi fortfarande är långt ifrån den första asteroidbrytningsoperationen. Istället visar den att problemet är 100 % lösbart. En försörjningskedja som levererar metaller från rymden till Mars drivna av drivmedel tillverkat på själva asteroiderna. Kolonin på Mars kommer att behöva byggare. Det kommer också att krävas någon som ordnar leveranserna, och denna studie visar att det är möjligt.

Studien : "Asteroid mining to sustain a Mars-koloni: A Logistics Point of View" av Serena Suriano, Shamil Biktimirov, Dmitry Pritykin och Anton Ivanov, 20 april 2026 finns att läsa i arXiv.

Tjugo år gammal snö på Antarktis visar att vi utsatts av isotopen FE-60 för flera miljoner år sedan

 

Bild https://www.hzdr.de  Solsystemets bana ( i dag) genom det lokala interstellära molnet. Molnets profil är bevarad som ett interstellärt fingeravtryck i Antarktis is. Källa: B. Schröder/HZDR/ NASA/Goddard/Adler/U.Chicago/Wesleyan

Isotop Fe-600 bildas i insidan av massiva stjärnor och kastas ut i rymden när de exploderar som supernova. Geologiska arkiv visar att vårt solsystem träffats två gånger av Fe-60 från supernovor för miljontals år sedan. I senare tid har det dock inte förekommit några närliggande stjärnexplosioner – och därmed ingen direkt tillgång på  Fe-60. När forskare för tjugo är sedan upptäckte  Fe-60 i snö på den antarktiska ytan undrade de om dess ursprung.

"Vår teori var att det lokala interstellära molnet vi befinner oss i innehåller  Fe-60 och kan lagra det över långa tidsperioder. När solsystemet rör sig genom molnet kan jorden ansamla detta. Men vi kunde inte bevisa detta då," förklarar Dr. Dominik Koll från Institute of Ion Beam Physics and Materials Research vid The Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf  (HZDR).

Under senaste år analyserade teamet under ledning av Koll och professor Anton Wallner ytterligare prover, inklusive upp till 30 000 år gamla djuphavssediment. Fe-60 hittades också i dessa sediment. De nya antarktiska isproverna är 40 000 till 80 000 år gamla. Deras analys gör det nu tydlig det lokala interstellära molnet är den troliga källan. "Detta betyder att molnen runt solsystemet är kopplade till en spernovaexplosion. För första gången ger detta oss möjlighet att undersöka ursprunget till dessa moln," beskriver Koll.

Vårt solsystem gick in i det lokala interstellära molnet för flera tiotusentals år sedan och kommer att lämna det igen om några tusen år. För närvarande är vi beläget nära dess kant.

För sin studie analyserade forskarna en iskärna från perioden kring den misstänkta inträdet i molnet. Alfred Wegener-institutets Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI) tillhandahöll ett prov från det europeiska isborrningsprojektet EPICA. Att jämföra Fe-60-innehållet med tidigare djuphavs- och snöprover visade att mellan 40 000 och 80 000 år sedan nådde mindre Fe-60 jorden än idag. "Detta tyder på att vi tidigare befann oss i ett läge i universum med lägre Fe-60-innehåll eller att molnet självt uppvisar starka densitetsvariationer," förklarar Koll.

Fe-60-signalen förändras alltså under bara några tiotusentals år vilket är snabbt på kosmisk tidsskala. Med denna insikt kunde forskarna utesluta alternativa förklaringar till källan till Fe-60-inflödet, såsom den gradvisa avtagandet av miljon år gamla stjärnexplosioner.

För mätningarna transporterade teamet omkring 300 kilo is från AWI i Bremerhaven till Dresden, där det kemiskt bearbetades en långdragen process som slutligen bara lämnade kvar några hundra milligram damm. Steg för steg isolerade de Fe-60 och var mycket försiktiga i att undvika förluster i varje steg.

Vid DREsden Accelerator Mass Spectrometry (DREAMS) laboratoriet vid HZDR kontrollerade de provet efter kemisk förberedelse med två andra radioisotoper: beryllium-10 och Al-26. De förväntade koncentrationerna av dessa isotoper i isen är välkända. Varje förlust av Fe-60 skulle också ha åtföljts av en minskning av dessa isotopers mängd. Teamet kunde dock utesluta detta.

För den slutliga mätningen använde teamet Heavy Ion Accelerator Facility (HIAF) vid Australian National University. Den enda anläggningen i världen som kan upptäcka så små mängder Fe-60. Med hjälp av elektriska och magnetiska filter separerade de oönskade atomer efter deras massa tills endast ett fåtal Fe-60 återstod av initialt 10 biljoner atomer.

"Det är som att leta efter en nål i 50 000 fotbollsarenor fyllda till taket med hö. HIAF hittar nålen på en timme," förklarar Annabel Rolofs från universitetet i Bonn.

"Genom många års samarbete med internationella kollegor har vi utvecklat en extremt känslig metod som nu gör det möjligt för oss att upptäcka tydliga tecken på kosmiska explosioner som inträffade för miljontals år sedan i geologiska arkiv idag," sammanfattar Wallner.

Teamet planerar redan ytterligare mätningar. Målet är att analysera en ännu äldre iskärna som dateras till innan solsystemet gick in i det lokala interstellära molnet. AWI är en nyckelpartner i projektet Beyond EPICA – Oldest Ice, som syftar till att återvinna iskärnor av denna ålder.

Studien är gjord av D. Koll, A. Rolofs, F. Adolphi, S. Fichter, M. Hoerhold, J. Lachner, S. Pavetich, G. Rugel, S. Tims, F. Wilhelms, S. Zwickel, A. Wallner. Publicerad som  Local Interstellar Cloud Structure Imprinted in Antarctic Ice by Supernova 60Fe, i Physical Review Letters, 

Rekordlångt radiostrålningsutbrott från solen.

 

Bild https://science.nasa.gov  Ett rekordstort radioutbrott från solen i augusti 2025 visade sig ha sitt ursprung i en funktion i solens atmosfär som kallas en helmet streamer (el koronaband förlängda spetsliknande strukturer i solens korona). Denna bild tagen under den totala solförmörkelsen den 21 augusti 2017 visar den klassiska V-formade helmet streamers. Miloslav Druckmüller, Peter Aniol, Shadia Habbal/NASA Goddard, Joy Ng

När NASA-forskare först observerade en särskild radioutbrotthändelse t från solen i augusti 2025 var det inget ovanligt med detta. Men  radioutbrottet bliv rekordlångt.

Vanligtvis varar solradioutbrott några timmar eller några dagar. Men den här var annorlunda. När det var över hade radioutbrottet varat i 19 dagar  långt över forskarnas förväntningar och det tidigare rekordet som låg på fem dagar. Denna typ av radioutbrott, kallade typ IV-utbrott, uppstår från elektronreservoarer som fångats av solens magnetfält. Även om radiovågorna i sig är ofarliga kan samma magnetiska miljöer också producera solaktivitet som skickar farliga partiklar mot jorden vilka kan påverka satelliter och rymdfarkoster.

För att analysera händelsen kombinerade forskarna data från NASAs STEREO (Solar Terrestrial Relations Observatory),  Parker SolarProbe och Wind-uppdrag samt ESA (Europeiska rymdorganisationen) och NASAs Solar Orbiter. Varje observatorium observerade radioutbrottet under några dagar under dess 19 dagar, medan solens rotation förde utbrottet i synfältet för de olika ovan nämnda teleskopen som var utspridda över det inre solsystemet. Forskarna utvecklade en ny teknik med data från STEREO och kunde då  lokalisera källan till radioutbrottet till en stor magnetisk formation i solens atmosfär som kallas en helmet streamer. Forskarna tror att tre explosiva utbrott, så kallade koronamassutkastningar i samma region kan ha drivit den långvariga händelsen.

Resultatet av studien publicerades i tidskriften AstrophysicalJournal Letters och här visas hur forskare lättare i framtiden kan  identifiera radioutbrott och förbättra rymdväderprognoser.

Svarta hål kolliderar och ger ifrån sig en ton som av en vibrerande gitarrsträng

 

Bild https://www.simonsfoundation.org  När två svarta hål kolliderar och smälter samman ges gravitationsvågor. Dessa vågor kan detekteras av känsliga instrument på jorden vilket gör det möjligt för forskare att bestämma massan och rotationen hos det svarta hålet som nu bildas. Den klaraste signalen för sammanslagning av svarta hål hittills, namnet på händelsen är är GW250114 och spelas in av LIGO i januari 2025 ger nya insikter om dessa mystiska objekt. Maggie Chiang för Simons Foundation.

När svarta hål slås samman ger kollisionen ett nytt, större svart hål som avger en ton som en vibrerande gitarrsträng (eller klockklang) medan det stabiliserar sig i sin slutgiltiga  form. Men istället för ljudvågor ger det nya nu större svarta hålet av gravitationsvågor: krusningar i rumtiden något som först förutspåddes av Albert Einstein.

Det nya svarta hålet vibrerar vid en specifik uppsättning frekvenser beroende på dess massa och rotation något som sedan hjälper forskare att lära sig mer om objektet som bildades i kollisionen.

Dessa vibrationer kan ses som fingeravtrycket från ett svart hål. Att upptäcka dem är centralt för att testa Einsteins allmänna relativitetsteori i universums mest extrema gravitationsmiljöer.

Nu har forskare från University of Cambridge utvecklat en metod för att identifiera och katalogisera dessa lägen med större noggrannhet än tidigare. I tidskriften Physical Review Letters beskriver hur de sållade igenom datorsimuleringar av sammanslagningar av svarta hål och identifierade inte bara den grundläggande tonen som det svarta hålet gav utan också övertonerna de svagare harmoniska tonerna som försvinner snabbare.

"Även om det högsta läget rutinmässigt observeras i gravitationsvågsdata, är många tystare lägen mycket svårare att upptäcka, och det har pågått debatt om vilka lägen som finns och när de uppträder," sade Richard Dyer från Cambridges Institute of Astronomy, studiens försteförfattare. "Vår metod ger ett systematiskt, datadrivet sätt att lösa denna osäkerhet, och våra resultat fungerar som referens för både teoretiska studier och verkliga observationer."

Forskarna baserade sin metod på bayesiansk analys, en statistisk teknik som systematiskt väger bevis för att avgöra den mest sannolika förklaringen till en given datamängd.

Förutom de grundläggande tonerna och övertonerna fann forskarna också ovanliga 'icke-linjära lägen i data vibrationer som uppstår när två eller flera av grundfrekvenserna interagerar med varandra. Dessa är analoga med de komplexa toner en elgitarr kan producera när den spelas med kraftig distorsion. Att upptäcka dessa lägen kräver högkvalitativ data och noggrann analys för att skilja dem från brus.

"Ringdown spectroscopy är en av de mest direkta undersökningarna av svarta hål vi har," beskriver huvidförfattaren till studdien Richard Dyer from Cambridge’s Institute of Astronomyr. "Men att extrahera all information som denna är svårt. Vi ville ha ett principfast, datadrivet sätt att göra det."

Dyer och hans medförfattare Dr Christopher Moore tillämpade sin metod på en offentligt tillgänglig katalog av mycket exakta simuleringar som modellerar gravitationsvågor till den teoretiska gräns där de kan mätas rent. De registrerade vilka lägen som kunde detekteras och när över ett brett spektrum av simulerade kollisioner med svarta hål med olika massförhållanden och rotationskonfigurationer.

Forskarna säger att deras resultat kommer att vara användbara för att tolka data från aktuella gravitationsvågsdetektorer som LIGO och Virgo, samt för nästa generations detektorer. Att veta vilka frekvenser man ska söka efter i en given kollision kan göra det möjligt för forskare att utföra ännu mer precisa tester av allmän relativitetsteori till exempel att kontrollera att egenskaperna hos det slutliga svarta hålet är förenliga med vad Einsteins ekvationer förutsäger.