Hur man kan förstå väder på avlägsna exoplaneter

 

Bild wikipedia Konstnärs tolkning av SIMP J013656.5+093347 och dess aurora.

Med observationer från NASAs James Webb Space Telescope (JWST) använde teamet från Trinity College Dublin, The University of Dublin en statistisk teknik kallad Principal Component Analysis (PCA) för att följa hur objektets ljus förändras när det roterar. PCA förenklar komplex data genom att identifiera de huvudsakliga mönstren som förändras tillsammans under observationerna i tid.

I denna studie är dominerande mönster kopplade till väderrelaterade förändringar i den undersökta bruna dvärgens atmosfär (i detta fall SIMP 0136) huvudarbetet vilket innefattade att de skiljde på mindre fluktuationer och slumpmässigt "brus" i datan som samlades in. 

Forskarna kunde med hjälp av metoden identifiera de viktigaste fysiska processerna direkt ur datan. Vilken visade små förändringar i ljusstyrkan hos planetens massa när den roterade DEtta kunde ses tack vare JWST:s instruments exceptionella känslighet. I studien beskrivs (se nedan) att atmosfären på SIMP 0136 är på ett organiserat sätt, snarare än oorganiserat och slumpmässigt.

Den bruna dvärgen är större och hetare än en gasjätteplanet, men inte tillräckligt massiv för att lysa som en stjärna. Dess atmosfär domineras av enorma, snabbt föränderliga molnsystem. Molnsystemet är mindre omfattande än jordens och mer som en extrem version av Jupites, med planetstora vädermönster som ständigt förändras (om man nu inte ser tidslängden på Jupiters stora storm den så kallade röda fläcken).

"Vi upptäckte  att  drivkrafterna bakom vädermönstren på SIMP-0136 kvarstår över tid, även när atmosfärens detaljerade utseende utvecklas över mer än ett dussin rotationer," beskriver huvudförfattaren till studien Merle Schrader, doktorand vid Trinitys fysikskola.

"Relativt sett är SIMP 0136 en av de bruna dvärgar som är lättast för oss på jorden att studera och  fånga högkvalitativ data från. Den befinner sig 20 ljusår bort i södra delen av stjärnbilden Fiskarna. Ny teknik har också hjälpt oss att utveckla en bättre förståelse för vad som driver vädret på denna avlägsna värld och hur dessa vädermönster samexisterar men kanske ännu viktigare ar att detta sätt att studera kan förfinas och tillämpas på andra, mindre välkända bruna dvärgar i andra delar av rymden."

Och i en till synes otrolig vändning av kosmiskt öde finns det en personlig koppling mellan Merle och hennes studie av SIMP 0136 som är 20 ljusår från jorden. Lite snabb matematik bekräftar att just det ljus som gav data analyserad i hennes studie och som först observerades av JWST 2023, sändes ut samma år som Merle föddes.

"Ljuset färdas i cirka 300 000 km/s men även i den hastigheten tog det två decennier för ljuset från SIMP 0136 att nå Webbtelekopet.

När man tänker på att ljuset tar drygt en sekund att nå månen efter att ha lämnat jorden, ger det en känsla av hur långt bort SIMP 0136 är och hur otroliga astrofysiska framsteg har varit. Jag tycker det är fantastiskt att vi har kunnat urskilja de intima vädermönstren i en avlägsen värld och kartlägga deras interaktioner från vårt mysiga lilla hörn av universum, när allt vi observerar direkt av dessa objekt är en enda pixel utspritt över ljusspektrumet." ,  beskriver Schrader

Att förstå vädret på objekt som SIMP 0136 är viktigt eftersom bruna dvärgar utgör en unik möjlighet att studera fysiken bakom jättelika exoplanetatmosfärer. Till skillnad från de flesta exoplaneter kan de observeras direkt vilket gör det möjligt för astronomer att testa idéer om molnbildning, atmosfärisk cirkulation och värmetransport under extrema förhållanden.

Prof. Johanna Vos, docent vid Trinity School of Physics, påtalar: "Våra resultat kommer att förändra hur astronomer analyserar framtida JWST-observationer. Eftersom vårt tillvägagångssätt snabbt identifierar de dominerande komponenterna i atmosfären erbjuder det ett effektivt första steg innan vi påbörjar beräkningsintensiv modellering.

"Att tillämpa denna teknik på en mängd olika bruna dvärgar och jättelika exoplaneter kommer att hjälpa oss att bättre förstå de olika vädersystem som formar världar långt bortom vårt solsystem."

Ännu bredare är en av anledningarna till att det finns intresse för att bättre förstå vädermönster på avlägsna planeter att det berättar mycket om atmosfärerna och den kemiska sammansättningen på dessa planeter vilket är ett viktigt steg mot att identifiera vilka typer av världar där liv potentiellt kan existera.

Forskningen genomfördes som en del av Webbs General ObserverProgram 3548. Det stöddes av ett bidrag från European Research Council (projekt "EXO-PEA") och ett forskningsstipendium från Royal Society—Research Ireland University.

Studien publicerade kan läsas här på tidskriften Astronomy & Astrophysics. 

Teleskopen har visat sig visa fel storlek på exoplaneter

 

Bild https://news.uci.edu/ En exoplanet med flera bakgrundsstjärnor som störningar som visar exoplaneters storlek för små i teleskop. Om det inte korrigeras kan det extra ljuset från stjärnorna i bakgrunden leda till underskattade mätningar av exoplaneternas storlek. Det fyrkantiga rutnätet representerar enskilda pixlar från NASA:s TESS-satellit. Nikolai Berman / UC Irvine

I en ny forskninsrapport från University of California beskriver astronomer vid  Us Irvine News  Exoplaneterna vi hittat kan vara större än vi trodde. Mer än 200 kända exoplaneter är sannolikt betydligt större än mätresultatet visat. Det  kan förändra vilka avlägsna världar forskare anser vara potentiellt möjliga för utomjordiskt liv.

"Vi fann att hundratals exoplaneter är större än de verkar se ut i teleskopen och det förändrar vår förståelse av exoplaneter i stor skala", beskriver Te Han, doktorand vid UC Irvine och huvudförfattare till den nya studien i Astrophysical Journal Letters. Det innebär att vi kan ha hittat färre jordliknande planeter än vi trott beskriver han (detta då de vi ansett jordstorlekslika kanske än betydligt större och kanske till och med gasjättar).

Astronomer kan inte observera exoplaneter direkt. De måste ex vänta på att en planet ska passera framför sin stjärna. För att sedan mäta den mycket subtila minskningen av ljuset från  stjärnan då planeten passerar framför stjärnan. "Vi mäter i princip skuggan av planeten", beskriver Paul Robertson, professor i astronomi vid UC Irvine och medförfattare till studien.

Hans team studerade observationer av hundratals exoplaneter som observerats av NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) och  fann att ljus från närliggande stjärnor kan "förorena" ljuset från en stjärna som en astronom studerar. Detta kan få alla planeter som passerar framför  stjärnan att verka mindre än de är.

Robertson sammanställde hundratals studier som beskrev exoplaneter som upptäckts under TESS-uppdraget och sorterade planeterna efter hur olika forskarlag mätte radierna av dessa exoplaneter. Med hjälp av en datormodell kunde han sedan uppskatta i vilken grad dessa mätningsresultat kunde vara snedvridna på grund av ljuskontaminering från närliggande stjärnor. Teamet använde även observationer från ett annat satellituppdrag Gaia för att uppskatta hur mycket ljusföroreningar som påverkat TESS observationer. 

"TESS-data är förorenade, vilket Teamets anpassade modell korrigerar bättre än något annat på fältet", beskriver Robertson. – Det vi ser i den här studien är att de här planeterna systematiskt kan vara större än vad vi trodde. Det väcker frågan: Hur vanliga är då planeter av jordens storlek?

Antalet exoplaneter som tros vara ungefär lika stora som jorden var redan litet. "Av de system med en enda jordliknande planet som hittills upptäckts av TESS  har endast tre ansetts likna jorden i sin sammansättning", beskriver Han. "I och med den här nya studien har det upptäckts att de alla tre är större än vi trodde."

Det betyder att planeterna, snarare än att vara stenplaneter som jorden är så kallade "vattenvärldar", planeter större än jorden täckta av ett gigantiskt hav eller till och med än större och då gasformiga planeter som Uranus eller Neptunus. Detta kan påverka hur sökandet efter liv på avlägsna planeter ska förändras för även om vattenvärldar kan hysa liv kan de också sakna de typer av egenskaper som hjälper livet att blomstra på planeter likt det gjort på jorden.

– Detta har viktiga implikationer för vår förståelse av exoplaneter, bland annat för prioritering av uppföljande observationer med James Webb Space Telescope, och den kontroversiella existensen av en galaktisk population av vattenvärldar, beskriver Robertson.

Härnäst planerar Robertson och hans team att använda de nya uppgifterna för att börja undersöka planeter som tidigare ansetts obeboeliga på grund av sin storlek och för att ge andra forskare kunskapen att de ska vara försiktiga när de tolkar data från satelliter som TESS. Forskning stöddes delvis genom finansiering från NASA.

Säkert finns det exoplaneter i storlek som jorden och mindre men vi kanske ännu inte kan finna så små planeter med de resurser vi har i dag. De drunknar i stjärnornas sken.

Bättre utrustning behövs i sökandet efter liv på andra planeter

 

Inlägget grundas på en artikel från https://phys.org/ varifrån innehållet hänvisas till Felix Würsten, ETH Zurich

Ett lovande tillvägagångssätt för  är att analysera exoplaneters atmosfär är att studera absorptionslinjerna i dess sols optiska spektrum då kan forskare avgöra vilka molekyler som finns i exoplanetens atmosfär åtminstone då det gäller större planeter.

Förutom att söka efter tecken på metan, koldioxid, syre eller vattenånga är det intressant att identifiera kombinationer av dessa ämnen.

– Både metan och syre finns i jordens atmosfär, säger Sascha Quanz, professor Exoplanets and Habitability at ETH Zurich. "Detta är en kemisk obalans som inte skulle existera utan levande organismer." Med andra ord måste liv ha orsakat denna obalans. Upptäckten av en sådan obalans i atmosfären i en jordliknande exoplanets atmosfär skulle vara en stark indikator på närvaron av liv på planeten.

Helst skulle det naturligtvis vara än bättre om vi kunde ta direkta bilder av exoplaneter snarare än att observera dem indirekt när de passerar framför sin sol. Det är dock lättare sagt än gjort eftersom exoplaneter nästan helt döljs av sina moderstjärnors bländande sken. För att ta itu med detta problem har Quanz i samarbete med andra forskare utvecklat ett instrument som kallas Extremely Large Telescope. Detta teleskop byggs just nu i Chiles Atacamaöken och när teleskopets 39 meter långa spegel väl är i drift kommer det att kraftigt förbättra astronomernas förmåga att kika djupare ut i rymden.

" Med Extremely Large Telescope (ELT)  kommer vi då för första gången att kunna ta direkta bilder av en jordliknande planet som kretsar kring en sol eftersom det här nya instrumentet kommer att blockera ljuset från dess sol", säger Quanz.

 Men frågan är vart  forskare ska rikta sökandet efter liv? Vilka signaler ska de leta efter? Några ledtrådar finns i fysiska modeller, till exempel de som utvecklats av Judit Szulágyi, biträdande professor i beräkningsastrofysik Inst. f. Teilchen-​ und Astrophysik vid ETH Zürich och hennes team. Dessa modeller kan användas för att rekonstruera hur planeter bildas över tid från den ursprungliga, protoplanetära skivan av stoft och gas som virvlar runt en nybildad stjärna och modellerna hjälper också till att avgöra vilka objekt som är värda en närmare inspektion via teleskop.

Szulágyi bygger datamodeller som tar hänsyn till en hel rad faktorer inklusive gravitationskrafter, magnetism, gasers rörelse och hur stjärnljus interagerar med skivmaterial. Genom att beräkna otaliga olika kombinationer av dessa parametrar kan vi få en uppfattning om mångfalden av planeter som är intressanta att undersöka och var dessa kan finnas i universum.

Men erfarenheten visar gång på gång att naturen ofta innehåller mer än vad modellerna förutspår. Till exempel överraskades vetenskapliga samfundet av upptäckten att jätteplaneter av Jupiters storlek kunde kretsa mycket nära sin sol. Forskare var även fascinerade av förekomsten av så kallade superjordar, steniga likt jorden men ungefär en och en halv gånger större.

Szulágyi erkänner att hennes modeller regelbundet visar sig vara felaktiga och kräver omräkningar men är likväl optimistisk: "Det driver oss ständigt att ompröva våra idéer om hur planeter bildas." En av de viktigaste frågorna Szulágyi hoppas kunna besvara med sina modeller gäller vattnets ursprung.

– Livet på jorden kräver vatten, säger hon. "Därav vårt intresse för platser som visar tecken på vatten."

Objekt som innehåller vatten hittas även inom vårt eget solsystem, och astronomer är angelägna om att ta reda på mer om dem under de kommande åren. Det inkluderar Jupiters måne Europa, som sannolikt har ett hav under sin tjocka isiga skorpa, och Saturnus måne Enceladus, där forskare har observerat fontäner av ispartiklar som bryter upp från ytan, mm.

Bild vikimedia på hur ett stjärnskepp med stjärnbesökare kan se ut.

Söker utomjordiska intelligenser kontakt med laserljussignaler kan vi numera upptäcka det.

Sedan uppfinningen av radion har astronomer lyssnat på skilda radiofrekvenser i syfte att höra om någon därute söker kontakt eller finns där. Men ännu har inga signaler kommit på de kända frekvenserna från rymden som får oss att misstänka att någon finns därute. Ensamheten som jordbor består.


 Men om intelligent utomjordiskt liv existerar kan dessa utomjordingar använda andra former av teknik för att kommunicera eller söka kontakt. Vilka kan bara fantasin begränsa. Då de är okända varelser kan deras teknik även vara okänd för oss.


Men en signalform som kan användas och vi nu kan upptäcka om den används är lasertekniken. Vi kommer att upptäcka ifall laserstrålar är en teknik som används av eventuella utomjordiska intelligenser för kontaktförsök.


Genombrott i att lyssna av detta kommer utifrån det omfattande sökandet för utomjordisk intelligens (SETI) programmet.


Teleskopet som använts i de försök som nu arbetats fram för att avsöka efter laserkontakt är Telescope Array System (VERITAS) vid Fred Lawrence Whipple observatoriet i Amado, Arizona. 


En stjärna med sitt solsystem vilken varit mycket uppmärksammad senaste åren är Tabbys star vilken visat på ljusdämpning då och då har avsökts i syfte att finna signalering med laserblinkande därifrån.


Om någon sänder lasersignalering från något solsystem har vi nu mycket känslig utrustning för att upptäcka det. Avsökning pågår solsystem för solsystem,

Men finns det något att finna däruppe (min anm)? Jag tvekar!


Bilden är från Vikipedia och är på VERITAS Telescope Array System (VERITAS) vid Fred Lawrence Whipple observatoriet i Amado, Arizona vilket omnämns ovan.

Exoplaneter finns men det kan även finnas sådana i parallella universum vilka kanske kan skymtas av känsliga personer genom tidsrevor.

Exoplaneter har upptäckts av skilda teleskop i tusental just nu. Men diskussionerna om multiuniversum finns även och på allvar idag.

Dessa innebär obegränsat antal av universum vilka skiljs åt i tid och rum. Exempelvis kan det existera ett en sekund före eller efter oss i tid. 

Just detta visar på att tid och rum är relativa och multiuniversumteorin innebär obegränsat antal universum av lika eller skilda slag mot vårt där vi existerar en kort tid.

Bilden ovan kan visa hur ett närliggande universums närliggande planeter i tid och rum tillfälligt bryter igenom en tidsreva vilken av känsliga personer eventuellt kan skymtas. Kanske samma slags personer som har mediala förmågor. 

SE bild ovan hur det kan gestalta sig.

Nog är det spännande. Men nu till vad vi säkert vet om den verklighet vi anser oss undersöka med våra instrument.

Kepler har upptäckt en betydande antal exoplaneter därute.

Rymdteleskopet har sedan det sköts upp 2009 hela tiden ökat sitt sökande och finnande av planeter därute.

Exoplaneter där målet alltid varit att hitta en planet lik Jorden i ett annat solsystem.

Kepler är det teleskop vilket funnit mest av exoplaneter och har idag 2325 av de ca 5000 som hittills upptäckts varit Keplerteleskopets förstänst.

Se gärna NASA hemsida för Keplerteleskopet där uppdatering av Keplers upptäckter nedtecknas. 

Det är ett spännande uppdrag Kepler har.

Alla exoplaneter är inte livsvänliga en del är livsfarliga

Vi söker livsvänliga planeter runt andra solar. Men alla planeter är inte livsvänliga en del är till och med livsfarliga.

Vid landning där skulle det hända fruktansvärda ting med en människa.

Ex på den blå och utifrån sett livsvänliga planeten HD189733 b, 63 ljusår från oss är inte den blå färgen vatten som på Jorden. Istället är det magnesiumsilikat i atmosfären och här finns vindar på upptill 9700 km i timmen i hastighet och en temperatur på +800C. På denna glödheta planet maler sanden ner allt som kommer i dess väg.

Det var ett ex på livsfientlig planet därute. Läs vidare om ytterligare fyra stycken här. En sammanräkning gjord av tidningen Illustrerad vetenskap.
Bilden ovan är en illustration av planeten HD189733b som nämns i texten.

Ett exempel på hur det går till att söka efter exoplaneter.

Seriekopplade teleskop är ett bra sätt för att avsöka stjärnors miljö. 

Det är ett av de mest effektiva medel för att finna planeter runt en stjärna därute vi kan använda i vår tids teknik. 

Det som söks är något som avskärmar stjärnans ljus tillfälligt. Den period ett objekt är mellan stjärnan och teleskopet. Objekt kallade exoplaneter vilket är planeter runt andra solar.

Ett av dessa objekt i sökandet är MEarth vilket är ett nätverk av 40 mm teleskop vilka seriekopplade söker efter objekt därute på stjärnhimlen.

Det var detta nätverk som fann LHS 1140b en planet kretande runt en M-stjärna   med namnet LHS1140 (i Valfiskens stjärnbild) under 2014.  40 ljusår borta och vilken uppmärksammades stort.

Mycket starka magnetfält i en stjärna är mycket vanligt. Men det var inte länge sedan man ansåg tvärtom.

Nya mätmetoder har gett som resultat att mycket starka magnetfält är mycket vanligt i stjärnor.

Varför vet man inte. Som väl är tillhör inte vår sol denna kategori av solar med detta.

Resultaten tyder  på att det är stjärnor  vilka är något större än vår sol och uppåt som innehar detta fenomen.

Exempelvis har det visat sig att dessa stjärnor vilka enbart är något större än vår sol har magnetfält av styrkan 10 miljoner större än  Jorden.

Magnetfälten har en betydelse för en stjärnas utveckling och framtid. Men har även betydelse för om en planet i närheten är möjlig att hysa liv. starka magnetfält utan skydd runt en planet i form av skyddsbälten likt vi har  naturligt runt Jorden innebär omöjligheter att leva på denna planet om man jämför med de livsformer vi känner till.

Men även de bälten som finns runt Jorden skulle inte räckt om vår sol haft de magnetfält som nu upptäckts som vanliga i de flesta eller kanske alla stjärnors inre vilka är något större än vår sol.

Det finns mycket att ta hänsyn till om vi söker exoplaneter för liv eller möjligheter till liv.

Bilden ovan är från följande hemsida där magnetism i vardagen beskrivs.