Norrsken på en ensamvandrande exoplanet därute

 

Bild https://www.tcd.ie/ en konstnärs tolkning av exoplaneten SIMP-0136 (upphovsman  Dr Evert Nasedkin).

Ett team av astronomer från Trinity College i Dublin, använde NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope för att ta en närmare titt på vädret på en ensamvandrande planet den bruna dvärgen SIMP-0136 som finns i den södra delen av stjärnbilden Fiskarna. Den tillhör inte något solsystem utan svävar fritt i Vintergatan.

Känsligheten hos instrumenten på Webbteleskopet gjorde det möjligt för teamet att se små förändringar i planetens ljusstyrka när den roterade vilket  möjliggjorde att upptäcka förändringar i temperatur, molntäcke och kemi.

Överraskande nog belyste dessa observationer också SIMP-0136:s starka norrskensaktivitet som liknar norrskenet här på jorden eller det kraftfulla norrskenet på Jupiter som värmer upp dess övre atmosfär. Men vad som är norrskenets källa på den bruna dvärgen är ännu en gåta)

"Det här är några av de mest exakta mätningarna av atmosfären hos något  objekt hittills  (som inte svävar om en stjärna) och första gången som förändringar i atmosfärens egenskaper", beskriver Dr Evert Nasedkin, från Kanada, som är postdoktor vid Trinity's School of Physics, och huvudförfattare till forskningsartikeln som  publicerats i den internationella tidskriften, Astronomy & Astrophysics. 

Forskningen genomfördes som en del av Webbs General Observer Program 3548. Det stöddes av ett Royal Society – Research Ireland University Research Fellowship.

 Med över 1 500 °C får SIMP-0136 jordens sommarens värmebölja att verka mild", beskriver. Nasedkin  – De precisa observationer vi gjorde innebar att vi kunde registrera temperaturförändringar som var mindre än 5 °C på ett korrekt sätt. Dessa temperaturförändringar var relaterade till subtila förändringar i den kemiska sammansättningen av denna fritt flytande planet vilket tyder på stormar här som är liknande de i Jupiters stora röda fläck.

Ett märkligt objekt som astronomer upptäckte av en slump 2020 och som kallas "The Accident".

 

Bild https://www.nasa.gov/ I grafiken ovan visas hur bruna dvärgar kan vara mycket mer massiva än stora gasplaneter som Jupiter och Saturnus. Men saknar den storlek i massa som sätter igång kärnfusionen i kärnan och får stjärnan att lysa och kallas stjärna. NASA/JPL-Caltech

Varför har kisel, ett av de vanligaste grundämnena i universum blivit i stort sett oupptäckt i atmosfärerna hos Jupiter, Saturnus och gasplaneter som kretsar kring andra stjärnor? En ny studie med observationer från NASA:s James Webb Space Telescope kastar ljus över denna fråga genom att fokusera på ett märkligt objekt som astronomer upptäckte av en slump 2020 och som kallas "The Accident". En brun dvärg så ljussvag och märklig att forskarna ville använda webbteleskopet för att studera dess atmosfär. Bland flera överraskningar hittade de bevis på en molekyl som de först inte kunde identifiera. Det visade sig senare vara en enkel kiselmolekyl en så kallad silan (SiH4). Forskare har länge förväntat sig att finna silan men inte lyckats inte bara i vårt solsystems gasjättar utan också i de tusentals atmosfärer som tillhör bruna dvärgar och de gasjättar som kretsar kring andra stjärnor. The Accident är det första objekt där denna molekyl har identifierats.

Forskare är ganska säkra på att kisel finns i Jupiters och Saturnus atmosfärer men att det är dolt. Kisel är bundet till syre och bildar oxider som kvarts vilket kan skapa moln på heta gasjättar som kan liknas vid sandstormar på jorden. På svalare gasjättar som Jupiter och Saturnus skulle dessa typer av moln sjunka långt under lättare lager av vattenånga och ammoniakmoln, tills alla kiselhaltiga molekyler finns djupt inne i atmosfären och blir osynliga till och med för rymdfarkoster som studerar de två planeterna på nära håll.

Vissa forskare har också föreslagit att lättare molekyler av kisel, som silan, borde finnas högre upp i dessa atmosfäriska lager. Att sådana molekyler inte har hittats någon annanstans än i en enda märklig brun dvärg säger något om den kemi som förekommer i dessa miljöer.

"Ibland är det de extrema objekten som hjälper oss att förstå vad som händer i de genomsnittliga", beskriver Faherty, forskare vid American Museum of Natural History i New York City huvudförfattaren till studien.

The Accident finns cirka 50 ljusår från jorden och bildades troligen för 10 till 12 miljarder år sedan vilket gör den till en av de äldsta bruna dvärgarna som någonsin upptäckts. Universum är cirka 14 miljarder år gammalt och vid den tidpunkt då The Accident  utvecklades innehöll kosmos mestadels väte och helium med spår av andra grundämnen  inklusive kisel. Under eoner har grundämnen som kol, kväve och syre bildats i stjärnornas kärnor, så planeter och stjärnor som bildades senare har fler slag av grundämnen.

Webbs observationer av The Accident bekräftar att silan kan bildas i bruna dvärgar atmosfär och troligast i andra planeters atmosfärer. Det faktum att silan verkar saknas i tidigare undersökta  bruna dvärgar och gasjätteplaneter tyder på att när syre är tillgängligt, binder det till kisel i en så hög hastighet och så lätt att praktiskt taget inget kisel blir över för att binda till väte och bilda silan.

Så varför silan finns i The Accident anser studieförfattarna beror på att mycket mindre syre fanns i universum när denna  bruna dvärg bildades vilket resulterade i mindre syre i dess atmosfär som skulle kunna sluka allt kisel. Det tillgängliga kislet har här istället bundits med väte vilket resulterat i silan.

Studien publicerades itidskriften Nature 

Sagittarius B2 vintergatans största molekylmoln där stjärnor blir till.

 

Stjärnor, gas och kosmiskt stoft i  molekylmolnet Sagittarius B2 lyser i kortvågigt infrarött ljus, fångat av Webbs instrument NIRCam. De mörkaste områdena i bilden är inte tom rymd utan är områden där stjärnor fortfarande bildas inuti så täta moln att det blockerar ljus.

Bild: https://science.nasa.gov/  NASA, ESA, CSA, STScI, Adam Ginsburg (University of Florida), Nazar Budaiev (University of Florida), Taehwa Yoo (University of Florida); Bildbehandling: Alyssa Pagan (STScI)

Sagittarius B2 finns några hundra ljusår från det supermassiva svarta hålet i centrum av vintergatan som kallas Sagittarius A*. Centrala Vintergatan är tätt packat med stjärnor, stjärnbildande moln och komplexa magnetfält. Det infrarödsökande teleskopet som Webb arbetar med upptäckte att i områdets tjocka moln  finns unga stjärnor och varmt stoft omkring dessa.

En av de mest anmärkningsvärda aspekterna i Webbs bilder av Sagittarius B2 är de delar som ses som mörka. Dessa till synes tomma områden i rymden är inte tomma utan så täta med gas och damm att inte ens Webbteleskopet kan se genom detta. Dessa tjocka moln är råmaterialet för framtida stjärnor och en kokong med de som fortfarande är för nya för att lysa.

Den höga upplösningen och känsligheten för mellaninfrarött ljus hos Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) arbetar med, var det instrument som avslöjade detta område i aldrig tidigare skådad detalj och visade även glödande kosmiskt stoft som värms upp av mycket unga massiva stjärnor. Det rödaste området på den högra halvan av MIRI:s bild är känt som Sagittarius B2 North och är ett av de mest molekylärt rika områden vi känner till och som astronomer aldrig tidigare sett så tydligt som i Webbs bilder. (Obs: Nord är till höger i dessa webbteleskopbilder.)

Dolda av Venus finns okända asteroider som kan hota jorden.

 

Bild wikipedia på Venus i naturliga färg.

I en internationell studie under ledning av forskare vid São Paulo State University (UNESP) i Brasilien har identifierats ett föga känt men potentiellt betydande hot mot jorden. Asteroider som delar Venus omloppsbana och som helt kan undkomma nuvarande observationsmöjligheter på grund av sin position i skyn (dolda bakom Venus eller solens bländande sken). Dessa objekt skulle kunna slå ner på jorden och ödelägga stora städer.

De så kallade "Venusianska asteroiderna i omloppsbana runt Venus" kretsar runt solen snarare än planeten, men de delar samma omloppsområde och har liknande bana. – De här objekten går in i 1:1-resonans med Venus, vilket innebär att de fullbordar ett varv runt solen samtidigt som planeten, beskriver forskarna.

Till skillnad från Jupiter-trojaner, som tenderar att vara mer stabila i sina banor är de Venusianska som hittills är kända mycket excentriska och instabila. De växlar mellan olika omloppsbanor i cykler som i genomsnitt varar i cirka 12 000 år. Dessa övergångar innebär att samma objekt kan befinna sig i en säker konfiguration nära Venus i ena stunden och passera nära jorden i en annan.

 "Under dessa övergångsfaser kan asteroiderna komma extremt nära jordens omloppsbana och potentiellt korsa den", beskriver Valerio Carruba professor vid UNESP School of Engineering vid Guaratinguetá campus (FEG-UNESP) och huvudförfattare till studien.

Den nuvarande katalogiseringen listar endast 20 Venusianska asteroider i omloppsbana och alla utom en har en excentricitet större än 0,38. Detta innebär att deras omloppsbanor tar dem till områden på himlen längre bort från solen, där de lättare kan upptäckas av markbaserade observatorier. Datormodeller visar dock att det bör finnas en mycket större population av asteroider med lägre excentriciteter som är praktiskt taget osynliga från jorden.

– Vår studie visar att det finns en population av potentiellt farliga asteroider som vi inte kan upptäcka med dagens teleskop. Dessa objekt kretsar runt solen, men är inte en del av asteroidbältet mellan Mars och Jupiter. Istället finns de mycket närmare oss i resonans med Venus. Men de är så svåra att observera att de förblir osynliga och kan utgöra en risk för kollision med vår planet i framtiden, beskriver Carruba.  

En artikel om studien publicerades av Carruba med kollegor i tidskriften Astronomy & Astrophysics. Arbetet kombinerade analytisk modellering och långsiktiga numeriska simuleringar för att spåra dynamiken hos dessa objekt och bedöma deras potential att komma farligt nära jorden.