Mysteriet med ett svart hål som redan innehöll en miljard solmassor då universum var ungt.

 

James Webbteleskopet har observerat en galax i ett  ungt stadium av universum. När man blickar bakåt i tiden blev det tydligt att ljuset från galaxen J1120+0641 tog nästan lika lång tid på sig att nå jorden som det har tagit för universum att utvecklas fram till idag. Det är svårt att förstå hur det svarta hålet i denna galax centrum kunde ha haft ett innehåll av  över en miljard solmassor redan då i universums första tid vilket oberoende mätningar har visat.

Nya observationer av materia i närheten av det svarta hålet borde då avslöja en  effektiv matningsmekanism in i hålet men detta kunde man ej finna. Detta gör resultatet än mer extraordinärt: då det kan betyda att astrofysiker förstår mindre om galaxers utveckling än de trodde.

Den första miljarden år i  universums historia utgör en utmaning för att förstå. De tidigaste kända svarta hålen i galaxers centrum har förvånansvärt stora massor. Hur kunde de bli så massiva så snabbt? Observationen som beskrivs ovan ger starka bevis att vissa föreslagna förklaringar bör finnas särskilt mot ett "ultraeffektivt matningsläge" de tidigaste svarta hålens tillväxt kan inte ha skett slumpmässigt snabbt. 

Materia som faller in mot ett svart hål bildar en virvlande, het, ljus "ackretionsskiva". När detta händer runt ett supermassivt svart hål blir resultatet en aktiv galaxkärna. De ljusaste av dessa objekt (I Centrum av en galax) kallas kvasarer och är bland de ljusaste astronomiska objekten i hela kosmos. Den ljusstyrkan begränsar hur mycket materia som kan falla in i det svarta hålet: Ljuset utövar ett tryck som kan hindra ytterligare materia att falla in.

Därför blev astronomerna förvånade när observationer av avlägsna kvasarer under de senaste tjugo åren avslöjat mycket unga svarta hål som ändå nått massor så höga som 10 miljarder solmassor. Det tar tid för ljus att färdas från ett avlägset objekt till oss, så att se på så avlägsna objekt innebär 'ven att se in i ett avlägset förflutet. Vi ser de mest avlägsna kända kvasarerna som de var i en era som kallas "kosmisk gryning", mindre än en miljard år efter Big Bang, tiden då de första stjärnorna och galaxerna bildades.

Att förklara dessa tidiga massiva svarta hål är en stor utmaning för dagens teorier om galaxers utveckling. Kan det vara så att tidiga svarta hål var mycket effektivare på att dra till sig gas än senare svarta hål? Eller kan förekomsten av stoft påverka uppskattningar av kvasarmassan på ett sätt som fick forskarna att överskatta de tidiga svarta hålens massor? Det finns många förslag till förklaringar just nu, men ingen som är allmänt accepterad. Kvasarens breda linjeområde, där klumpar av gas kretsar runt det svarta hålet med hastigheter nära ljusets hastighet –  gör det möjligt att dra slutsatser om det svarta hålets massa och densiteten och joniseringen av den omgivande materian visar inget extraordinärt.

Genom att nästan alla egenskaper som kan härledas i ett spektrum därifrån skiljer sig J1120+0641 inte från kvasarer av yngre slag.

Sammantaget bidrar de nya observationerna bara till mysteriet: Tidiga kvasarer var lika senare epokers. Oavsett i vilka våglängder vi observerar dem är kvasarer nästan identiska vid alla tidsepoker av universum, beskriver Bosman. Inte bara de supermassiva svarta hålen själva utan även deras matningsmekanismer var tydligen redan helt "mogna" när universum bara var 5 procent av sin nuvarande ålder. Genom att utesluta ett antal alternativa lösningar ger resultaten starkt stöd för teorin att supermassiva svarta hål började med betydande massor redan från början, på astronomispråk: att de är "ursprungliga. Supermassiva svarta hål bildades inte från resterna av tidiga stjärnor och växte sedan mycket snabbt utan måste ha bildats tidigt med en massa på minst hundratusen solmassor, förmodligen genom kollaps av ett massiva tidigt gasmoln.

Vi ska ha i åtanke att universums första tid var detta mindre och hade en hög densitet av vätemoln (gasmoln) som bör ha gjort att svarta hål växt snabbt och även att svarta hål kan vara det första bland det som kom till vid BigBang.

Dr. Sarah Bosman vid Max Planck-institutet för astronomi, Heidelberg är kontaktperson för den artikel inlägget utgått från.

Bild https://www.mpg.de/ Konstnärs intryck av den ljusa kärnan i en kvasar (en aktiv galax). Det supermassiva svarta hålet i mitten är omgivet av en ljus skiva av gas och stoft. Stoftkomponenten längre ut kan skymma sikten av interiören och lyser främst i det mellersta infraröda området vilket är ljus som kan analyseras av James Webb Space Telescope. En buntad, högenergetisk partikelstråle skjuter ut i rymden från det svarta hålets omedelbara närhet vinkelrätt mot skivan.

© T. Müller / MPIA

Ett svart hål därute växer likt en ung stjärna.

 Ett internationellt forskarlag under ledning av astronomer vid Chalmers har upptäckt en kraftfull, roterande, magnetisk vind som får det svarta hålet i mitten av en galax att växa. Virvelvinden, som avslöjats i den närliggande galaxen ESO320-G030 (som finns 120 miljoner ljusår från oss) av teleskopet Alma, pekar på att samma grundläggande processer ligger bakom tillväxten av  stora svarta hål och  stjärnor.

De flesta galaxer (troligen alla), har supermassiva svarta hål i sitt centrum. En fråga som länge gäckat astronomer är hur dessa  tunga objekt växer för att kunna väga lika mycket som miljoner eller till och med miljarder stjärnor (ytterligare om detta spännande fält se morgondagens inlägg).

På jakt efter ledtrådar till detta mysterium valde ett team forskare under ledning av Mark Gorski (Northwestern University, USA, och Chalmers) och Susanne Aalto (Chalmers) att studera den relativt närliggande galaxen ESO320-G030 en mycket aktiv galax där stjärnor bildas i tio gånger snabbare takt än stjärnor i Vintergatan.

– Eftersom den här galaxen lyser mycket starkt i infrarött ljus kan teleskop urskilja detaljer i dess centrala del. Vi ville mäta ljus från molekyler som sveps av vindar utgående från galaxens kärna i hopp om att spåra hur vindarna uppkommer och växer från ett supermassivt svart hål. Genom att använda radioteleskopen som ingår i Almagruppen kunde vi studera ljus som tränger genom de tjocka lager av damm och gas som döljer galaxens centrum, beskriver Susanne Aalto, professor i radioastronomi vid Chalmers.

För att kunna se kompakt gas som finns så  nära det svarta hålet som möjligt studerade forskarna ljus av molekyler från blåsyra (HCN även kallat cyanvätesyra eller vätecyanid). Tack vare Almas förmåga att avbilda små detaljer och spåra rörelser i gasen med hjälp av dopplereffekten upptäcktes mönster som visade att här fanns en roterande, magnetiserad vind.

I andra galaxers centrum kan vindar och jetstrålar trycka bort material från det supermassiva svarta hålet. Här tyder den upptäckta vinden på en annan process som istället matar det svarta hålet och får det att växa.

– Vi kan se hur vindarna här bildar en spiralformad struktur som böljar ut från galaxens centrum. När vi mätte rotation, massa och hastighet för materialet som strömmar utåt, blev vi förvånade över att vi kunde utesluta många förklaringar till var vindens kraft har sitt ursprung, till exempel från stjärnbildning. Istället verkar flödet utåt drivas av inflödet av gas och tycks hållas samman av magnetfält, beskriver Susanne Aalto.

Forskarna tror att den roterande magnetiska vinden indirekt hjälper det svarta hålet att växa.

Materia rör sig i cirklar runt det svarta hålet innan det faller in likt vatten ner i ett avlopp. Materian som närmar sig det svarta hålet samlas därmed i en kaotisk, snurrande skiva. Där kan magnetfält utvecklas och bli starka. Tack vare magnetfälten kan materia då lyftas bort från galaxen och det är detta som skapar den spiralformade vinden. Att förlora materia till vinden saktar också ner den snurrande skivformade vinden. Det i sin tur leder till att materia lättare kan falla in i det svarta hålet och ändras från att ”droppa” in till en strid ström som strömmar in.

För Mark Gorski är detta slående likt ett liknande fenomen då virvlarna av gas och damm  leder till bildandet av nya stjärnor och planeter.

– Det är välkänt att stjärnor i sina tidigaste utvecklingsstadier växer med hjälp av roterande vindar. De accelereras också av magnetfält precis som vinden gör i denna galax. Våra observationer visar att supermassiva svarta hål och små stjärnor kan växa genom liknande processer, men i väldigt olika skalor, beskriver Mark Gorski.

Kan denna upptäckt vara en ledtråd till att lösa gåtan om hur supermassiva svarta hål växer? Framöver vill Mark Gorski, Susanne Aalto och deras kollegor studera fler galaxer där spiralformiga utflöden kan finnas i dess centrum.

Forskningen har presenterats i artikeln "A spectacular galactic scale magnetohydrodynamic powered wind in ESO 320-G030" i tidskriften Astronomy and Astrophysics.

Forskarna som var involverade i studien var Mark Gorski, Susanne Aalto, Sabine König, Clare F. Wethers, Chentao Yang, Sebastien Muller, Kyoko Onishi, Mamiko Sato, Niklas Falstad,, J. G. Mangum, S. T. Linden, F. Combes, S. Martín, M. Imanishi, K. Wada, L. Barcos-Muñoz, F. Stanley, S. García-Burillo, P. P. van der Werf, A. S. Evans, C. Henkel, S. Viti, N. Harada, T. Díaz-Santos, J. S. Gallagher och E. González-Alfonso.

Bild https://www.chalmers.se/ Illustration av hur en virvelvind hjälper det supermassiva svarta hålet i galaxen ESO320-G030 att växa under påverkan av ett  magnetfält. I den här illustrationen domineras galaxens kärna av en tät roterande vind av gas som leder utåt från det dolda supermassiva svarta hålet i galaxens mitt. Källa: M. D. Gorski/Aaron M. Geller, Northwestern University, CIERA, the Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics.

Månen Titans sjöars eroderade kuster

 

Titan är Saturnus största måne och den näst största månen i solsystemet. Titans sjöar innehåller inte vatten utan flytande etan och metan. Sjöarna uppskattas vara upp till 200 meter djupa. I tre sjöar har upptäckts något som antas vara vågor. Vågorna antas vara 1,5 centimeter höga och rör sig med en hastighet på 2,5 kilometer per timme. Den största av sjöarna heter Kraken Mare.

MIT-geologer (Massachusetts Institute of Technology) har studerat Titans kustlinjer och genom datasimuleringar visat att månens kustformationer sannolikt har formats av vågor. Fram tills nu har forskare hittat indirekta och motstridiga tecken på vågaktivitet, baserat på avlägset tagna bilder av Titans yta.

MIT-teamet använde ett annat tillvägagångssätt för att undersöka förekomsten av vågor på Titan, genom att först modellera de sätt på vilka en sjö kan erodera kusterna på jorden. De tillämpade sedan sina datamodeller på Titans sjöar för att avgöra hur strandlinjerna i Cassinis bilder kan ha skapats. Vågor, blev den mest sannolika förklaringen.

Forskarna betonar att deras resultat inte är definitiva; För att bekräfta att det finns vågor i sjöarna på Titan krävs direkta observationer av vågaktiviteten på månens yta.

"Vi kan säga, baserat på våra resultat, att kustlinjerna runt Titans sjöar troligast visar på erosion av vågor ", beskriver Taylor Perron, Cecil and Ida Green Professor of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences vid MIT. "Om vi kunde stå vid kanten av en  av Titans sjöar skulle vi kunna se vågor av flytande metan och etan som slår mot stranden mot kusterna då det stormar. Något som skulle kunna erodera det material som kusten består av.

Perron och hans kollegor, inklusive försteförfattaren Rose Palermo PhD '22, en tidigare doktorand vid MIT-WHOI Joint Program och nuvarande forskningsgeolog vid U.S. Geological Survey, har nyligen publicerat sin studie i Science Advances. Medförfattare inkluderade MIT-forskaren Jason Soderblom; tidigare MIT-postdoktor Sam Birch, nu biträdande professor vid Brown University; Andrew Ashton vid Woods Hole Oceanographic Institution; och Alexander Hayes från Cornell University.

Bild Titans yta. Bildkälla: NASA/JPL; University of Arizona; Universitetet i Idaho

Ytterligare en studie som visar på att mörk materia (kanske) inte finns.

 

I en banbrytande upptäckt utmanas den konventionella förståelsen av kosmologi av forskare vid Case Western Reserve University vilkas nya rön  kan förändra vår uppfattning om kosmos.

Tobias Mistele, en postdoktoral forskare inom Institutionen för astronomi vid Case Western Reserve's College of Arts and Sciences har banat väg för en revolutionerande teknik som använder "gravitationslins"  i studiet av den mörka materian. Han fann att galaxers rotationskurvor förblir platta under miljontals ljusår utan något slut av detta tidsmässigt. 

Forskare har tidigare ansett att galaxernas rotationskurvor måste minska ju längre ut man kikar ut i rymden (ju längre ut ju längre bak i tiden).

 Enligt Newtons gravitationsteori borde stjärnor i ytterkanterna av en galax vara långsammare i sin rörelse runt galaxens centrum på grund av minskad gravitationskraft från centrum av galaxen där flest stjärnor och det svarta hålet finns. Detta kan ej bekräftas av forskare.

Misteles analysresultat  motsäger förväntan ger ett häpnadsväckande avslöjande: inflytandet från det vi kallar mörk materia skulle då sträcka sig långt bortom tidigare uppskattningar och minst en miljon ljusår från Vintergatans centrum.

En sådan långdistanseffekt kan tyda på att mörk materia – som vi förstår den – kanske inte existerar alls (eller visar på något annat).

"Detta fynd utmanar befintliga modeller", beskriver han, och föreslår att det antingen finns kraftigt utbredda halos av mörk materia som kan förklara det eller att vi i grunden måste omvärdera vår förståelse av gravitationsteorin.

Stacy McGaugh, professor och chef för Institutionen för astronomi vid College of Arts and Sciences, beskrev Misteles resultat, som planeras att publiceras i Astrophysical Journal Letters som ett arbete som tänjer på traditionella gränser.

"Implikationerna av denna upptäckt är djupgående", beskriver McGaugh. "Det kan inte bara omdefiniera vår förståelse av mörk materia utan lockar oss också att utforska alternativa gravitationsteorier vilket utmanar själva strukturen i modern astrofysik och vänder upp och ner på Einsteins teori.”

Den primära tekniken som Mistele använde i sin forskning, gravitationslinsning, är ett fenomen som förutspåddes av Einsteins allmänna relativitetsteori. En gravitationslins är ett astronomiskt fenomen som har förmåga att bryta ljuset från en ljuskälla på dess väg till observatören och därmed förstorar ljuskällan.

Som en del av forskningen ritade Mistele upp vad som kallas Tully-Fisher-relationen på ett diagram (se bild ovan och text nedan) för att belysa det empiriska förhållandet mellan den synliga massan av en galax och dess rotationshastighet. "Vi visste att den här relationen fanns", beskriver Mistele. – Men det var inte självklart att relationen skulle hålla i sig ju långt ut från centrum av galaxen och vidare ut i rymden. Hur långt kvarstår det här beteendet? Det är frågan,  det kan inte vara gränslöst."

Mistele beskriver att hans upptäckt understryker nödvändigheten av ytterligare forskning och samarbete inom det vetenskapliga samfundet – och möjligheter att analysera andra slag av data.

McGaugh noterade de herkuliska – men hittills misslyckade – ansträngningarna inom det internationella partikelfysiksamfundet i att upptäcka och identifiera partiklar av mörk materia.

"Antingen är halos av mörk materia mycket större än vi förväntat oss eller så är hela paradigmet fel", beskriver McGaugh. – Teorin som förutspådde detta beteende i förväg är den modifierade gravitationsteorin som Moti Milgrom lade fram som ett alternativ till mörk materia 1983. Så den uppenbara och oundvikligen kontroversiella tolkningen av detta resultat är att mörk materia är en chimär; kanske pekar det på en ny gravitationsteori bortom vad Einstein lärde oss är förklaringen."

Mitt förslag är däremot att undersöka med hjälp av strängteorin. 

Bild https://thedaily.case.edu/ Den primära tekniken som Mistele använde i sin forskning, gravitationslinsning, ett fenomen som förutspåddes i Einsteins allmänna relativitetsteori. Som en del av forskningen ritade Mistele upp vad som kallas Tully-Fisher-relationen på ett diagram för att belysa det empiriska förhållandet mellan den synliga massan i en galax och dess rotationshastighet.

Energiobalans på Saturnus

 

I en banbrytande upptäckt av forskare vid University of Houston har nyligen avslöjats en massiv energiobalans på Saturnus vilket ger ny kunskap över planetvetenskap och evolution och utmanar befintliga klimatmodeller av solsystemets gasjättar. "Det här är första gången som en global energiobalans beroende på säsongsnivå har observerats på en gasjätte", beskriver Liming Li, fysikprofessor vid University of Natural Sciences and Mathematics. Detta ger oss inte bara nya insikter om hur planeter bildas och utvecklas utan det förändrar också hur vi bör tänka på planet- och atmosfärsvetenskap.

Med hjälp av data från Cassini-sonden som besökte Saturnus 2004 har Xinyue Wang, tredjeårsdoktorand vid NSM:s institution för geo- och atmosfärsvetenskaper hittat en betydande och tidigare okänd säsongsmässig energiobalans på Saturnus. 

"Planeter får energi från solen i form av solinstrålning och förlorar energi genom att avge värmestrålning", beskriver Wang. Men Saturnus, liksom de andra gasjättarna har en annan energitillförsel än solinstrålning i form av djup inre värme som påverkar planetens termiska struktur och klimat. Obalansen på Saturnus beror på Saturnus stora excentricitet av omloppsbana som varierar med nästan 20 % från aphelium (den punkt i omloppsbanan som ligger längst bort från solen) till perihelium (den punkt i omloppsbanan som är närmast solen), vilket resulterar i stora säsongsvariationer i absorberad solenergi.

Till skillnad från Saturnus upplever jorden inte en stor säsongsbetonad energiobalans då jorden har en mycket liten excentricitet i sin omloppsbana.

Lis team har nu siktet inställt på de andra gasjättarna, inklusive Uranus, då en sond planeras sändas till gasjättarna under det kommande decenniet.

"Våra data tyder på att dessa planeter också kan ha betydande energiobalanser, särskilt Uranus, som vi förutspår kommer att ha den starkaste obalansen på grund av dess banexcentricitet och mycket höga snedhet", påtalar Wang. – Det vi undersöker nu är att identifiera begränsningar i nuvarande observationer och formulera testbara hypoteser som kan gynna det framtida uppdraget.

Studiens resultat publiceras i den vetenskapliga publikationen Nature Communications.

Förutom forskarna vid UH inkluderar studiens författare forskare från NASA, University of Wisconsin, University of Maryland, University of Central Florida och University of California, Santa Cruz, samt forskare från Frankrike och Spanien.

Bild wikipedia. Saturnus, bild tagen av sonden Cassinis besök över planeten 2004.

Den klotformiga stjärnhopen NGC 2005.

 

Inlägget nedan är en fri beskrivning av en artikel från Europeiska rymdorganisationen (ESA).

 Bilden ovan är tagen från NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble och visar den klotformiga stjärnhopen NGC 2005. NGC 2005 finns cirka 750 ljusår från centrum av Stora Magellanska molnet Vintergatans största satellitgalax som finns cirka 162 000 ljusår från jorden. Klotformiga stjärnhopar är tätt packade grupper av stjärnor som kan rymma tiotusentals till miljontals stjärnor. Deras densitet beror att de är tätt bundna av gravitationen och därför mycket stabila i sina banor. En stabilitet som bidrar till deras existenslängd.

Klotformiga stjärnhopar i sig kan vara miljarder år gamla och består ofta av mycket gamla stjärnor. Att studera klotformiga stjärnhopar är lite som att studera fossil på jorden där fossiler ger insikter om egenskaperna hos forntida växter och djur, belyser klotformiga stjärnhopar egenskaperna hos forntida stjärnors historia. Astronomer anser att de relativt stora galaxer som vi observerar i universum bildats efterhand som mindre galaxer drogs samman genom gravitation och rörelse. Om detta stämmer kan vi förvänta oss att upptäcka bevis för att de äldsta stjärnorna i närliggande galaxer har sitt ursprung i skilda galaktiska miljöer. Då klotformiga stjärnhopar innehåller uråldriga stjärnor och på grund av deras stabilitet är hoparna en bra plats att undersöka för att testa denna hypotes.

NGC 2005 är en sådan klotformig stjärnhop och dess blotta existens ger bevis som stöder teorin om galaxers utveckling via sammanslagningar. Det som gör NGC 2005 lite annorlunda än sin omgivning är det faktum att dess stjärnor har en kemisk sammansättning som skiljer sig från stjärnorna runt omkring i Stora Magellanska molnet. Detta tyder på en sammanslagning med en annan galax någonstans i historien. Den andra galaxen har för länge sedan smält samman och skingrats, men NGC 2005 finns kvar som ett uråldrigt vittne till den sedan länge förflutna sammanslagningen.

Bild ESA/Hubble och NASA, F. Niederhofe.

Nu undersöks åldern och ursprunget till den röda fläcken på Jupiter

 

Forskare vid Baskiens universitet (UPV/EHU), Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC) och Barcelona Supercomputing Center har analyserat historiska observationer tillbaks till 1600-talet och har utvecklat numeriska modeller för att förklara livslängden och karaktären av den stora röda fläcken i Jupiters atmosfär (en storm) . Spekulationer om ursprunget till stormen går tillbaka till de första teleskopobservationerna som gjordes av fläcken av astronomen Giovanni Domenico Cassini 1665 som sedan observerades av honom och andra astronomer fram till 1713.

Den var sedan försvunnen i 118 år och det var inte förrän  astronom S. Schwabe återigen observerade den på samma latitud på Jupiter igen under 1831. Sedan dess har fläcken observerats regelbundet med hjälp av teleskop och  sonder som har besökt Jupiters närområde ända fram till idag.

I studien analyserade forskarna först utvecklingen av dess storlek över tid, dess struktur och rörelserna i formationerna.

Den röda fläcken, som 1879 var 39 000 km stor vid sin längsta axel har krympt till ungefär nuvarande 14 000 km och samtidigt blivit mer rundad i sin form.

Fera rymdsonder har sedan 1970-talet studerat detta meteorologiska fenomen noga. Nyligen har "olika instrument ombord på Juno i omloppsbana runt Jupiter visat att den vertikalt är cirka 500 km lång, beskriver Sánchez-Lavega professor i fysik vid UPV/EHU.

För att ta reda på hur denna enorma virvel kan ha bildats utförde UPV/EHU- och UPC-teamen numeriska simuleringar med hjälp av spanska superdatorer, såsom BSC:s MareNostrum IV, som är en del av det spanska superdatornätverket (RES), med hjälp av två typer av kompletterande datamodeller undersöktes beteendet hos tunna virvlar i Jupiters atmosfär. På Jupiter dominerar intensiva vindströmmar som flyter längs parallellerna och alternerar i sin riktning med latituden. Norr om GRS (Jupiter's Great Red Spot) blåser vindarna i västlig riktning med hastigheter på 180 km/h medan de i söder blåser i motsatt riktning (i östlig riktning) med hastigheter på ca150 km/h. Detta genererar en enorm nord-sydlig vinkelförändring i vindhastighet, vilket är en grundläggande orsak till virveln att växa inuti den röda fläcken.

I forskningen undersöktes en rad mekanismer för att förklara uppkomsten av den röda fläcken, inklusive när utbrottet av denna gigantiska superstorm skedde historiskt.

Resultaten indikerar att även om en anticyklon bildas i båda fallen, skiljer den sig i form och dynamiska egenskaper från de nuvarande stormarna. – Vi tror också att om ett av dessa ovanliga fenomen hade inträffat, så måste det eller dess konsekvenser i atmosfären ha observerats och rapporterats av astronomer historiskt, beskriver Sánchez-Lavega.

 I en tredje uppsättning numeriska experiment utforskade forskargruppen genereringen av den röda fläcken utifrån en känd instabilitet i vindarna som tros kunna producera en långsträckt cell som omsluter och fångar vindarna. En sådan cell skulle vara en proto-röd fläck, en begynnande röd fläck, vars efterföljande krympning skulle ge upphov till den kompakta och snabbt roterande storm som observerades i slutet av 1800-talet. Bildandet av stora långsträckta celler har redan observerats i uppkomsten av andra stora virvlar på Jupiter.

 – I våra simuleringar har superdatorer gjort det möjligt för oss att upptäcka att de långsträckta cellerna är stabila när de roterar runt periferin av GRS med Jupiters vindhastighet, vilket man kan förvänta sig då de bildas på grund av denna instabilitet, beskriver Enrique García-Melendo, forskare vid UPC:s avdelning för fysik. Med hjälp av två olika typer av numeriska modeller, en vid UPV/EHU och den andra vid UPC, drog forskarna slutsatsen att om rotationshastigheten för en proto-röd fläck är lägre än för de omgivande vindarna, kommer proto- röda fläckar att brytas upp, vilket gör bildandet av en stabil virvel omöjlig. Och om den är mycket stark skiljer sig egenskaperna hos proto- röda fläcken från den nuvarande röda fläcken.

Framtida forskning kommer att syfta till att försöka reproducera den röda fläckens krympning över tid för att mer i detalj ta reda på de fysikaliska mekanismer som ligger till grund för dess hållbarhet över tid. Samtidigt kommer de att försöka förutsäga om röda fläcken kommer att upplösas och försvinna när den nått en storleksgräns eller om den kommer att stabiliseras vid en storleksgräns där den kan hålla igång många år till.

Studien har publicerats i tidskriften Geophysical Research Letters of the American Geophysical Union.

Bild vikipedia på Jupiters röda fläck. Ett stort röd- eller brunfärgat anticykloniskt stormsystem i planeten Jupiters atmosfär vid 22:a breddgraden söder om Jupiters ekvator.

En svärm små stjärnor svävar runt Sagittarius A* (det svarta hålet i centrum av Vintergatan).

 

För ungefär trettio år sedan upptäcktes högdynamiska stjärnor i omedelbar närhet av det supermassiva svarta hålet Sgr A* i Vintergatans centrum. Dessa stjärnor, även kända som S-stjärnor, sveper runt det supermassiva svarta hålet med hastigheter på flera tusen kilometer per sekund i en omloppsbana som tar  några år. Stjärnorna är förvånansvärt unga och deras närvaro förbryllande då man enligt populära teorier endast hade förväntat sig gamla och ljussvaga stjärnor i omedelbar närhet av det svarta hålet.

Observationer visar nu att de nyupptäckta unga stjärnobjekten (YSO ungt stjärnobjekt som betecknar en stjärna i dess tidiga utvecklingsstadium.) i omedelbar närhet av det supermassiva svarta hålet Sagittarius A* i mitten av vår galax beter sig annorlunda än väntat. De beskriver liknande banor som redan kända  utvecklade stjärnor och är arrangerade i ett eget mönster runt det svarta hålet. Studier har visat att Sgr A* får stjärnobjekten att inta vissa formationer på sin färd. Förutom S-stjärnorna har forskare  sett på ett dussintal objekt i omedelbar närhet av det supermassiva svarta hålet som åven de har liknande egenskaper.

De upptäckte att objekten var betydligt yngre än de redan kända höghastighetsstjärnorna. – Intressant nog uppvisar dessa YSO:er samma beteende som S-stjärnor (Stjärnor runt det supermassiva svarta hålet i Vintergatans galaxcentrum, associerade med radiokällan Sagittarius A). Det innebär att YSO:erna sveper runt det supermassiva svarta hålet med hastigheter på flera tusen kilometer per sekund på några år, beskriver Florian Peißker vid institutet för astrofysik vid Kölns universitet och korresponderande och författare till studien.

– S-stjärnorna visade sig vara förvånansvärt unga (därav beteckningen YSO young star objekt). Enligt konventionella teorier är så unga stjärnor fortfarande under bildning helt oväntad att finna här", tillade Dr Peißker.

Dessutom verkar denna grupp av höghastighetsobjekt som består av YSO- och S-stjärnor vid första anblicken likna en kaotisk bisvärm där de drar fram. Men på samma sätt som en bisvärm har ett mönster och regelbundna formationer har YSO:erna och S-stjärnorna det. På så sätt kunde forskarna visa att både YSO- och S-stjärnor är arrangerade på ett specifikt, organiserat sätt i ett tredimensionellt rum. Det betyder att det finns specifika stjärnkonstellationer (mönster i rörelse och gruppering) som de föredrar. (Spännande teori men var vi söker och vad vi söker efter i universum eller i mikrokosmos finner vi mönster tänk bara på snöflingans kristallmönster)

 Fördelningen av båda stjärnvarianterna sveper fram i en skivliknande formation vilket ger intrycket av att det supermassiva svarta hålet tvingar stjärnorna att inta en organiserad omloppsbana (troligast genom sin starka dragningskraft i form av gravitation) , beskriver Peißker. Skillnaden mellan S-stjärnor och YSO-stjärnor är att Begreppet S-stjärnor innefattar alla åldrar av stjärnor som sveper i området vid det svarta hålet medan YSO-stjärnor är de stjärnor som är mycket unga eller till och med under bildning.

Studien av fenomenet ovan har fått titeln "Young Stellar Objects in the S-cluster: The Kinematic Analysis of a Sub-population of the Low-mass G-objects close to Sgr A*" och har publicerats i Astronomy & Astrophysics. Forskare från universitetet i Köln, Masaryk-universitetet i Brno (Tjeckien), Karlsuniversitetet i Prag (Tjeckien), Tjeckiens vetenskapsakademi och Max Planck-institutet för radioastronomi i Bonn deltog i studien.

Bild vikipedia (engelska) Sagittarius A* avbildad av Event Horizon Telescope, med linjer överlagrade för att markera orienteringen av magnetfältets polarisation.

Planeter med vatten och bana runt vita dvärgstjärnor är högintressanta

 

En vit dvärgstjärna är en stjärna som vår sol som kollapsat till en dvärgstjärna med mycket liten storlek efter att den gjort slut på sitt kärnbränsle. En vanlig vit dvärg har en radie som är ca 1 procent av solens men som grovt räknat har samma massa. Detta motsvarar en täthet och vikt på cirka 1 ton per kubikcentimeter.

Astronomer som söker planeter utanför vårt solsystem (exoplaneter)efter tecken på liv söker dessa planeter i första hand genom att söka efter förändringar i  ljusstyrka på en stjärna då de passerar framför denna mellan stjärnan och ett teleskop hos oss. De använder ljuset från stjärnan som passerar under planeternas tunna lager av atmosfären för att med spektralanalys undersöka vilka grundämnen och molekyler planeten innehåller.

En stor stjärna där kärnfusion med full effekt pågår (som vår sol eller större stjärnor) kan vara svår att att upptäcka planeter framför. Därför är det lättare att hitta en planet som kretsar kring en mindre och ljussvagare lugn vit dvärgstjärna. "Vita dvärgar är så små och så oansenliga att om en jordlik planet passerade framför dem skulle man kunna göra en mycket bättre undersökning med att karakterisera planetens atmosfär", beskriver astronomiprofessorn Juliette Becker vid University of Wisconsin-Madison  huvudförfattare till en ny studie som granskas av AAS Journals och presenterades i Madison vid American Astronomical Societys 244:e möte. 

 Det första stora hindret för att en sådan planet existerar skulle vara att den klarat de sista dagarna (relativt sett) av en liten till medelstor stjärnas existens innan denna krympt samman till en vit lugn dvärgstjärna då den först har svällt upp till en röd mycket stor stjärna som slukat allt i sin väg.

Även om en planet som hyser vatten undgår att sväljas (den kan vara på ett avstånd utanför uppsvällandet) är den skyddad från den flammande röda  stjärnans värme. Stjärnans utbuktande tillväxt följs av förlusten av dess massa och en enorm ökning av dess ljusstyrka (hetta).

– Det faktum att stjärnan blir så mycket hetare innebär att alla planeter i systemet, även de som brukade vara kalla i det yttre solsystemet, plötsligt kommer att få se sina yttemperaturer öka drastiskt, beskriver Becker. "Då kan deras vatten avdunsta helt."

En jordliknande planet måste alltså ligga minst 5 till 6 astronomiska enheter (1 AU är det genomsnittliga avståndet mellan jorden och solen) från sin vita dvärgstjärna för att ha behållet  en betydande mängd av sitt vatten efter att dess sol först svällt upp till en röd jättestjärna innan den krympt ihop till en vit dvärgstjärna enligt den nya studien.

– Om man kan vara tillräckligt långt borta under den här farliga tiden så att man inte förlorar sitt ytvatten så är det bra, beskriver Becker. "Men nackdelen är att då den är så långt borta från stjärnan kommer allt vatten att vara is och det är inte positivt för ett eventuellt liv."

Så småningom kommer den vita dvärgen att vara så liten och kall att en planet som skulle  ha tillräckligt med värme för att ha flytande vatten skulle behöva vara närmre än en 1 astronomisk enhet  från den vita dvärgstjärnan vilket är mycket närmre  än från 5- till 6-AU-säkerhetslinjen som den hade varit tvungen att finnas i under stjärnans uppsvällande för att inte slukas under stjärnans röda fas och dess hetta.

Ett sätt att ändra en planets omloppsbana så mycket är den så kallade tidvattenmigrationen något som  skulle  kunna ske.

"Att en planets omloppsbana ändras är ganska normalt", beskriver Becker. "Vid tidvattenmigration får en viss dynamisk instabilitet mellan planeterna i ett system att en av dem hamnar i en högexcentrisk omloppsbana likt en komet och får en kurs riktigt nära den centrala kroppen i systemet och sedan långt ut från den igen." Likt kometer gör.

Den typen av banor kommer att lägga sig i mindre excentriska och mer stabila banor som skulle kunna lämna en planet mycket nära en vit dvärgstjärna.

"Om du lägger ihop skilda datamodeller för detta skeende ser man att det är en farlig resa för planeten och svårt för haven att klara denna process, men den är möjlig", beskriver Becker, vars medarbetare inkluderar Andrew Vanderburg, en astrofysiker vid Massachusetts Institute of Technology som nyligen var professor vid UW-Madison, och UW-Madison-doktoranden Joseph Livesey.

Mer arbete om omständigheterna kring potentiella vita dvärgplaneter skulle hjälpa till att stärka oddsen och vägleda beslutsfattandet när det är dags att dela ut begränsade teleskopresurser för att söka efter planeter som kan hysa liv i dessas närhet.

Bild wikipedia.  Stjärnan Sirius A (mitten) och den vita dvärgen Sirius B (nedanför till vänster). Bilden tagen av Hubbleteleskopet.

Galax OJ287 med sina två enormt stora svarta hål.

 

OJ 287 är en aktiv galax belägen 3,5 miljarder ljusår bort i stjärnbilden Kräftan.

I dess galaxkärna finns ett binärt system bestående av två mycket massiva svarta hål. Det mindre av hålen har en massa motsvarande omkring 100 miljoner gånger solens massa. Det större har en massa motsvarande 18 miljarder solmassor och var vid upptäckten 2008 det största svarta hål som någonsin upptäckts. Om eller när de två massiva svarta hålen i OJ 287 smälter ihop kommer enorma mängder energi att slungas ut i kosmos.

2021 tillbringade TESS flera veckor med att studera OJ 287. Forskare hade då hittat indirekta bevis på att ett mycket massivt svart hål i OJ 287 som kretsar kring ett gigantiskt svart hål som är 100 gånger så stort. För att verifiera existensen av det mindre svarta hålet övervakade TESS ljuset från det primära svarta hålet och jetstrålen som är associerad från detta. Att direkt observera det mindre svarta hålet som kretsar kring det större är mycket svårt, men dess närvaro avslöjades för forskarna genom en plötslig explosion av och ökad ljusstyrka i centrum av galaxen.

En sådan händelse hade aldrig tidigare observerats i OJ287. Men forskaren Pauli Pihajoki från Åbo universitet i Finland hade förutspått och beskrivit att det kunde och borde ske i sin doktorsavhandling redan 2014. Enligt hans avhandling förväntades ett utbrott äga rum i slutet av 2021 och flera satelliter och teleskop var därför fokuserade på galaxen vid den tidpunkten.

TESS-satelliten upptäckte det förväntade utbrottet den 12 november 2021 klockan 02.00 GMT och observationerna publicerades nyligen i en studie gjord av Shubham Kishore, Alok Gupta (Aryabhatta Research Institute of Observational Sciences, Indien) och Paul Wiita (The College of New Jersey, USA). Händelsen varade i 12 timmar. Denna korta varaktighet visar att det är mycket svårt att hitta en skur av stor förändrad ljusstyrka om inte dess tidpunkt är känd i förväg så teleskop kan riktas mot platsen i rätt tid.

I det här fallet visade sig Åboforskarens teori stämma och TESS var riktad mot OJ 287 i precis rätt tid. Upptäckten bekräftades också av NASA:s Swift-teleskop som även detta riktats mot samma mål och tid. Den snabba ökningen av ljusstyrka inträffade när det mindre svarta hålet "sväljer" en stor del av ackretionsskivan som omger det större svarta hålet och det förvandlas till en utåtriktad gasstråle. Jetstrålen från det mindre svarta hålet är sedan ljusstarkare än den från det större svarta hålet i cirka tolv timmar.

Detta resulterar i  att färgen på OJ287 blir mindre rödaktig och istället mer gul. Efter utbrottet återkom den röda färgen. Den gula färgen indikerar att vi under 12-timmarsperioden såg ljuset från det mindre svarta hålet.

–  På grund av det stora avståndet till OJ 287 som är nära fyra miljarder ljusår, kommer det sannolikt att ta mycket lång tid innan observationsmetoder har utvecklats tillräckligt för vi ska kunna ta en bild av det större svarta hålet, beskriver professor Valtonen.

Bild https://www.utu.fi/en/news Här ses de svarta hålen i omloppsbana runt varandra. Båda har jetstrålar kopplade till sig: den större med rödaktig färg och den mindre med en gulaktig färg. Normalt sett är det bara den rödaktiga jetstrålen som syns, men under 12-timmarsperioden den 12 november 2021 dominerade den mindre jetstrålen och gav en direkt signal från det mindre svarta hålet som då kunde observerades för första gången. Fotograf: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC) och M. Mugrauer (AIU Jena).

Gasflödena från den närliggande kvasaren i Zwicky 1 kartlagd

I Zwicky 1 även känd som UGC 545 är en galax i stjärnbilden Fiskarna. Den finns 847 miljoner ljusår från jorden och innehåller den närmaste kvasaren  till oss.

En kvasar är en extremt ljusstark och avlägsen aktiv galaxkärna. Den överglänser sin värdgalax så mycket att galaxen vari den finns inte tidigare har kunnat observeras. Först med hjälp av fotografisk CCD-teknik och adaptiv optik av nya slag har många galaxer där en kvasar finns kunnat ses.

Astronomer, däribland Anna Juráňová SRON( Netherlands institute for space Research), har nu för första gången kartlagt gasflödena från denna kvasar som är en av de närmsta kvasarerna till oss. Gasmoln runt I Zwicky 1 blåses bort med hastigheter på tiotals till tusentals kilometer per sekund. 

De flesta kvasarer befinner sig i det avlägsna, tidiga universum. I Zwicky 1 finns relativt nära på mindre än en miljard ljusår från jorden. Detta ger astronomer ett användbart laboratorium för att studera de extrema förhållandena i en kvasar.

Forskarlaget lett av Anna Juráňová (SRON) och Elisa Costantini (SRON) har nu kartlagt dess gasflöden för första gången. Med hjälp av rymdteleskopet Hubble har de bestämt egenskaperna hos fyra joniserade gasmoln som blåses iväg med hastigheter på 60, 280, 1950 och 2900 kilometer per sekund.

"I Zwicky 1 har mycket speciella egenskaper", beskriver Juráňová. – Andra kvasarer har liknande gasflöden, men i den här ligger allt precis i rätt vinkel till oss för att vi ska se vad som sker. Vår betraktningsvinkel, bredden på linjerna i spektrumet och så vidare. Detta gör att vi kan undersöka de processer som pågår. Vi har fått en helhetsbild av den joniserade gasens rörelser i en kvasar.

Teamet upptäckte även att ett av gasmolnen fanns i skuggan av ett annat. Det beror på att kvasarens starka strålning pressar molnen utåt bort från det svarta hålet. Joner från grundämnen som kväve, syre och kol i gasmolnen absorberar kvasarens ultravioletta ljus och trycks därmed bort.  Zwicky 1 är den kvasar som bör ge konkreta bevis för denna mekanism.

Miljön runt I Zwicky 1 verkar vara mer dynamisk än vad astronomer ofta ser runt närliggande supermassiva svarta hål. Juráňová: "Våra data tyder på att mycket mer gas blåses bort från skivan runt det svarta hålet än det gör från de flesta andra svarta hål. Med den insikten har vi fått en bättre förståelse för hur dessa supermassiva svarta hål växer och interagerar med sin omgivning.

Bild vikipedia. Rymdteleskopet Hubbles bild av I Zwicky 1.

Solsystemet passage genom ett interstellärt moln för 2 miljoner år sedan förändrade allt.

 

För cirka två miljoner år sedan var jorden en plats där våra mänskliga förfäder levde sida vid sida med sabeltandade tigrar, mastodonter och enorma gnagare. Det var en kallare tid klimatmässigt än nu. Detta då Jorden hade fallit in i en djupfrysningsperiod, med flera istider som kom och gick något som upprepades i intervaller fram till för cirka 12 000 år sedan. Forskare har teorier om att istider uppstår av skilda anledningar, ex planeters förändrade  lutning och rotation, plattektonik, vulkanutbrott med medföljande förändrade koldioxidnivåer i atmosfären.

I en ny artikel publicerad i Nature Astronomy visar forskare under ledning från BU (Boston university) nya bevis för att solsystemet för cirka två miljoner år sedan stötte på ett interstellärt moln som var så kraftigt att det troligen störde solvinden. En händelse som visar att solvindens position i rymden kan forma jordens historia mer än vad man tidigare trott.

Hela vårt solsystem är insvept i en skyddande plasmasköld (heliosfären)som utgår från solen. Den består av ett konstant flöde av laddade partiklar (solvinden) och sträcker sig långt förbi Pluto och sveper in planeterna i vad NASA kallar en "gigantisk bubbla". Det skyddar oss från strålning som kan förändra DNA och anses vara en del av anledningen till att livet utvecklats på jorden som det gjorde.

– Den här artikeln är den första som kvantitativt visar att det fanns ett möte mellan solen och något utanför solsystemet som ska ha påverkat jordens klimat, beskriver rymdfysikern Merav Opher, expert på heliosfären och huvudförfattare till artikeln. Opher och hennes medarbetare såg i huvudsak bakåt i tiden och använde sofistikerade datormodeller för att visualisera var solen befann sig två miljoner år tillbaka i tiden – och med den heliosfären och resten av solsystemet. De kartlade också vägen för Local Ribbon of Cold Clouds-systemet, en rad stora, täta, mycket kalla moln som mestadels består av väteatomer. Deras datasimuleringar visade att ett av molnen nära slutet av denna tid med namnet Local Lynx of Cold Cloud kan ha kolliderat med heliosfären.

Om det har hänt, beskriver Opher att jorden då varit helt exponerad för det interstellära mediet, där gas och stoft blandas med de överblivna atomelementen från exploderade stjärnor, inklusive järn och plutonium. Normalt filtrerar heliosfären bort det mesta av dessa radioaktiva partiklar. Men utan skydd kan de lätt nå jorden.

Enligt artikeln stämmer detta överens med geologiska bevis som visar ökade isotoper av 60Fe (järn 60) och 244Pu (plutonium 244) i havet, snö och iskärnor i Antarktis – och även på månen – från denna tidsperiod. Tidpunkten stämmer också överens med temperaturrekord som indikerar en avkylningsperiod.

"Det är sällan som vårt kosmiska grannskap bortom solsystemet påverkar livet på jorden", beskriver Avi Loeb, chef för Harvard Universitys Institute for Theory and Computation och medförfattare till artikeln. – Det är spännande att upptäcka att jordens passage genom täta moln för några miljoner år sedan kan ha utsatt jorden för ett mycket stort flöde av kosmisk strålning och väteatomer.

- Våra resultat öppnar ett nytt fönster till förhållandet mellan livets utveckling på jorden och vårt kosmiska grannskap. Det är omöjligt att veta exakt vilken effekt det molnet hade på jorden – som ex om det kunde ha utlöst en istid. Men det finns ett par andra  moln i det interstellära mediet som solen sannolikt har stött på under de miljarder år som gått sedan solen kom till, beskriver Ofer. Jorden kommer förmodligen även att hamna i fler interstellära moln i framtiden.

Opher och hennes medarbetare arbetar nu vidare med att spåra var solen befann sig för sju miljoner år sedan och ännu längre tillbaka. Att fastställa solens position miljontals år tillbaka i tiden är möjligt med data som samlats in genom Europeiska rymdorganisationens Gaia-uppdrag, som byggt den största 3D-kartan över Vintergatan som gjorts och ger en aldrig tidigare skådad titt på stjärnornas utveckling över tid. 

"Det här molnet tillhör vårt förflutna och då vi for igenom något så massivt utsattes vi för det interstellära mediet", beskriver Ofer. Effekten av att korsa dess väg för Jorden med så mycket väte och radioaktivt material är oklar. Opher och hennes team vid BU:s NASA-finansierade SHIELD (Solar wind with Hydrogen Ion Exchange and Large-scale Dynamics) DRIVE Science Center undersöker nu genom skilda datasimuleringar vilken effekt denna strålning kan ha haft på jordens atmosfär och klimat.

Bild https://www.bu.edu  Under en kort tidsperiod för miljontals år sedan kan jorden ha varit utan solens skyddande plasmasköld, (heliosfär) som här avbildas som den mörkgrå bubblan över bakgrunden av den interstellära rymden. Enligt ny forskning kan detta ha utsatt jorden för höga strålningsnivåer av radioaktivitet och påverkat klimatet. Foto med tillstånd av Opher, et al., Nature Astronomy

Frost ses på toppen av Mars högsta vulkan

 

För första gången har frost av vatten upptäckts på en vulkan på Mars. Det var på Olympus Mons som är Mars största vulkan och det högsta kända berget i solsystemet. De vulkaner som ingår i systemet är alla de högsta bergen i solsystemet. Det internationella forskarlaget under ledning från  universitetet i Bern, använde högupplösta färgbilder från Berns Marskamera, CaSSIS, som finns ombord på European Space Agencys rymdfarkost ExoMars Trace Gas Orbiter. ”ExoMars" är ett program i den europeiska rymdorganisationen ESA: för första gången sedan 1970-talet bedrivs i programmet aktiv forskning efter liv på Mars.

Ombord på ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) finns Colour and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS), ett kamerasystem som utvecklats och byggts av ett internationellt team under ledning av professor Nicolas Thomas vid fysikinstitutet vid universitetet i Bern. CaSSIS har observerat Mars sedan april 2018 och levererar högupplösta färgbilder av Mars yta.

Med hjälp av dessa högupplösta färgbilder har ett internationellt forskarlag under ledning av Dr. Adomas Valantinas upptäcktes vattenfrost på toppen av Olympus Mons.

Studien om upptäckten har nyligen publicerats i tidskriften Nature Geoscience. Valantinas var doktorand vid avdelningen för rymdforskning och planetvetenskap vid fysikinstitutet vid universitetet i Bern fram till oktober 2023 och är för närvarande gästforskare vid Brown University (USA) efter beviljandet av ett stipendium från Swiss National Science Foundation (SNSF) Postdoc.Mobility.

Bild vikipedia Olympus Mons fotograferat av sonden Viking 1 i juni 1978. Bilden är en mosaik skapad av svartvita fotografier i medelhög upplösning och färgfotografier i lägre upplösning.

Gåtan om Nova HM Sagittae vilken efter 40 år fortfarande är lika ljusstark

 

Astronomer som analyserat  ny data från NASA:sRymdteleskopet Hubble och äldre data från det numera nedlagda SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) samt arkivdata från ett flertal andra teleskop för att åter analysera bilder från ett av de märkligaste dubbelstjärnsystemen i Vintergatan 40 år efter att det upptäcktes en ljusstark och nu långlivad nova därifrån. En nova är en stjärna som plötsligt ökar sin ljusstyrka enormt och sedan bleknar bort till sin tidigare obemärkthet vanligtvis inom en tid av några månader eller år.

Mellan april och september 1975 blev dubbelstjärnan HM Sagittae (HM Sge) som finns 3400 ljusår från oss 250 gånger ljusare. Ovanligt är att den inte bleknade bort snabbt som novor vanligtvis gör utan har behållit sin ljusstyrka i årtionden. På senare tid visar observationer att systemet blivit hetare men paradoxalt nog dock bleknat något i ljusstyrka.

HM Sge är en speciell typ av symbiotisk stjärna där en vit dvärgstjärna och en uppsvälld, stoftproducerande mycket stor stjärna befinner sig i en excentrisk bana runt varandra. Den  vita dvärgen (se länk där densiteten av vita dvärgar beskrivs) med sin enorma densitet  drar till sig gas  från den stora stjärnan. Gasen bildar en flammande het skiva runt den vita dvärgen, som oförutsägbart kan genomgå  spontana termonukleära explosioner när infallet av väte från stjärnan ökar tills det når en tipping point. Dessa fyrverkerieffekter mellan objekten fascinerar astronomer och ger insikter i fysiken och dynamiken bakom stjärnors utveckling i dubbelstjärnsystem av detta slag.

"1975 förändrades HM Sge från att vara en obestämbar stjärna till något som alla astronomer i fältet uppmärksammade som en nova och vid en viss tidpunkt avtog  aktiviteten", beskriver Ravi Sankrit vid Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore. År 2021 använde Steven Goldman från STScI, Sankrit och medarbetare instrument på Hubble och SOFIA för att se vad som hade förändrats med HM Sge under de senaste 30 åren vid våglängder av ljus från infrarött till ultraviolett (UV).

2021 års ultravioletta data från Hubble visade en stark emissionslinje av högjoniserat magnesium som inte fanns i tidigare publicerat spektra från 1990. Dess närvaro visar att den uppskattade temperaturen av den vita dvärgen och ackretionsskivan ökat från mindre än 222000 grader celcius 1989 till mer än 250 000 grader celcius. Den högjoniserade magnesiumlinjen är en av många som ses i UV-spektrumet som analyserats och visar hur systemet förändrats under de senaste tre decennierna.

Med hjälp av data från NASA:s flygande teleskop SOFIA (fanns i ett flygplan) , som avställdes 2022, kunde teamet upptäcka vatten, gas och damm som flödade i och runt i systemet. Infraröda spektraldata visar att den stora stjärnan, som producerar stora mängder stoft, återgick till sitt normala beteende inom bara ett par år efter explosionen, men också att den försvagats under de senaste åren vilket är ytterligare en gåta som måste förklaras.

Med hjälp av SOFIA kunde astronomerna se vatten som rörde sig med en hastighet av cirka 18 kilometer per sekund, vilket de misstänker är hastigheten på den fräsande ackretionsskivan runt den vita dvärgen. Gasbron som förbinder jättestjärnan med den vita dvärgen sträcker sig för närvarande cirka 2 miljarder kilometer.

Teamet har också samarbetat med AAVSO (American Association of Variable Star Observers) för att samarbeta med amatörastronomer från hela världen vilka hjälper till att hålla koll på vad som sker på HM Sge. Deras a övervakning har avslöjat förändringar  sedan utbrottet för 40 år sedan.

– Symbiotiska stjärnor som HM Sge är sällsynta i vår galax och att bevittna en novaliknande explosion är ännu mer sällsynt. Denna unika händelse är en intressant källa för astrofysiker och  sträcker sig över årtionden, beskriver Steven Goldman från Science Institute (STScI) i Baltimore.

Bild https://hubblesite.org  illustratörs bild av novan i dubbelstjärnsystemet HM Sagittae.

Det finns gravitation utan massa - mörk materiateorin blir förfalskad

 

Mörk materia är en hypotetisk form av materia som implicerats av gravitationseffekter som inte kan förklaras av den allmänna relativitetsteorin. Den är fortfarande praktiskt taget lika mystisk och sökandet efter den fortsätter, Enligt teorin om denna  är den nödvändig för att förklara den så kallade "saknade massan" som är nödvändig för att ex galaxer ska klumpa ihop sig något som bevisningsvis görs.

Dr. Richard Lieu vid University of Alabama i Huntsville (UAH) har nyligen publicerat en artikel i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society i vilket det första gången beskrivs hur gravitation kan existera utan en mystisk massa vilket ger en alternativ teori som potentiellt skulle minska behovet av mörk materiateorin  som förklaring till det vi ser.

"Min egen inspiration kom från min strävan efter en annan lösning på gravitationsfältekvationerna i den allmänna relativitetsteorin - vars förenklade version som är tillämplig på förhållandena i galaxer och galaxhopar, är känd som  Poisson-ekvationen vilken ger en ändlig gravitationskraft i frånvaron av någon detekterbar massa", beskriver Lieu en framstående professor i fysik och astronomi vid UAH. en del av University of Alabama System. 

Lieu hävdar att den "överdrivna" gravitation som krävs för att binda samman en galax eller stjärnhop istället kan bero på koncentriska uppsättningar av skalliknande topologiska defekter i strukturer som är vanliga i hela kosmos och som troligen skapades i det tidiga universum när en fasövergång inträffade. En kosmologisk fasövergång är en fysikalisk process där materiens övergripande tillstånd förändras över hela universum.

Lieu fortsätter -Det är för närvarande oklart vilken exakt form av fasövergång i universum som skulle kunna ge upphov till topologiska defekter av det här slaget. – Topologiska effekter är mycket kompakta områden i rymden med en mycket hög densitet av materia, vanligtvis i form av linjära strukturer som kallas kosmiska strängar, även om 2D-strukturer som sfäriska skal också är möjliga. Skalen som beskrivs i min uppsats beskrivs som ett tunt inre lager av positiv massa och ett tunt yttre lager av negativ massa.

Misstänker som alltid att strängteorin är den rätta för att förklara allt.

 Då gravitation i grunden innebär en förvrängning av själva rumtiden gör den det möjligt för alla objekt att interagera med varandra oavsett om de har massa eller inte. Masslösa fotoner har till exempel bekräftats uppleva gravitationseffekter från astronomiska objekt.

– Både ljusets avböjning och stjärnornas omloppshastigheter är det enda sättet att mäta gravitationsfältets styrka i en storskalig struktur vare sig det är en galax eller en galaxhop. Påståendet i min uppsats är att åtminstone de skal som det förutsätter är masslösa. Det finns då ingen anledning att vidmakthålla detta till synes ändlösa sökande efter mörk materia beskriver Lieu.

Frågor för framtida forskning kommer sannolikt att fokusera på hur en galax eller stjärnhop kan bildas genom att dessa skal är i linje, samt hur utvecklingen av strukturerna sker.

I den här uppsatsen försöker Lieu inte ta itu med problemet med strukturbildning. En omtvistad fråga är om skalen ursprungligen fanns i början av kosmos eller till och med som raka strängar och rörelsemängdsmomentet lindade upp dem. Det finns också en fråga om hur man kan bekräfta eller motbevisa de föreslagna skalen genom särskilda observationer. Tillgången till en andra lösning, även om den är mycket suggestiv, är naturligtvis inte i sig tillräcklig för att misskreditera hypotesen om mörk materia – det kan i bästa fall vara en intressant matematisk övning, beskriver Lieu. "Men det är det första beviset på att gravitation kan existera utan massa.".

Kanske ytterligare ett steg som visar att strängteorin är den rätta för att ge en förklaring till allt som existerar. 

Bild https://el.se/n%C3%A4tavgift 

Kol upptäckt i en av de första galaxerna.

 

Ett internationellt team av astronomer under ledning från University of Cambridge har med hjälp av James Webb Space Telescope (JWST) observerat en mycket ung galax i universums första tid och fann att den innehöll överraskande mängder av kol. Kol är ett viktigt grundämne för liv som vi känner det.

Inom astronomin klassas grundämnen som är tyngre än väte och helium som metaller. Det mycket tidiga universum bestod nästan helt av väte. De enklaste av grundämnena och små mängder av helium och litium.

Alla andra grundämnen som utgör universum av idag bildades inuti stjärnor (ex i supernovor). När stjärnor exploderar som supernovor uppkommer tyngre grundämnen som kastas ut i galaxerna och ur dess produceras nästa generation av stjärnor. Med varje ny generation av stjärnor och "stjärnstoft" bildas fler metaller och efter miljarder år utvecklas universum till en punkt där  steniga planeter som jorden och det liv som vi har på jorden kom till.

Möjligheten att spåra metallers ursprung och utveckling hjälper oss att förstå hur universum utvecklades ur nästan bara två grundämnen (väte och något helium och litium) till den otroliga komplexitet vi ser idag.

"De allra första stjärnorna är den heliga graalen till den kemiska evolutionen", beskriver studiens huvudförfattare Dr Francesco D'Eugenio, vid Kavliinstitutet för kosmologi i Cambridge. – Eftersom de bara bestod av urelementen (nämnda ovan) var  väldigt annorlunda mot dagens stjärnor. Genom att studera hur och när de första metallerna bildades inuti stjärnor kan vi sätta en tidsram för de tidigaste stegen på den väg som ledde till livets uppkomst.

Resultaten av studien och upptäckten har accepterats för publicering i tidskriften Astronomy & Astrophysics och baseras på data från JWST (James Webb teleskopet) Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).

Forskningen stöddes delvis av European Research Council, Royal Society och Science and Technology Facilities Council (STFC), en del av UK Research and Innovation (UKRI).

Bild https://www.goodfon.com/