De första kvasarerna trotsar fysikens lagar

 

En kvasar är en extremt ljusstark och avlägsen aktiv galaxkärna. Bilden ovan från wikipedia visar Kvasaren 3C 273 som finns i stjärnbilden jungfrun på ett foto taget av rymdteleskopet Hubble.

Nya bevis har upptäckts om att supermassiva svarta hål bildades redan under den första miljarden år efter BigBang. Studien, har gjorts av forskare vid INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica i Rom Italien) vilka analyserat 21 avlägsna kvasarer och visat att dessa objekt befinner sig i en fas av extremt snabb tillväxt. Detta ger värdefulla insikter om hur de bildats och utvecklats tillsammans med galaxen vari de finns.

De har observerats i röntgenbandet av rymdteleskopen XMM-Newton och Chandra. Resultaten tyder på att de supermassiva svarta hålen i mitten av dessa stora kvasarer, de första som bildades under den kosmiska gryningen, kan ha nått sina extraordinära massor genom mycket snabb och intensiv ackretion, vilket ger en rimlig förklaring till deras existens i universums tidiga skede.

Kvasarer är aktiva galaxer som drivs av de centrala supermassiva svarta hålen (så kallade aktiva galaxkärnor) och som avger en enorm mängd energi när de drar till sig materia. De är extremt ljusstarka och avlägsna från oss. Kvasarerna som undersökts i den här studien är bland de mest avlägsna objekt som någonsin observerats och dateras till en tid då universum var mindre än en miljard år gammalt.

I arbetet visade analysen av röntgenstrålning från dessa objekt ett helt oväntat beteende hos de supermassiva svarta hålen. Ett samband fanns mellan formen på röntgenstrålningen och hastigheten på de materievindar som kastas ut av kvasarerna. Detta förhållande kopplar vindhastigheten som kan nå tusentals kilometer per sekund till temperaturen på gasen i koronan. Det område som avger röntgenstrålning närmast det svarta hålet. Koronan visade sig vara kopplad till de kraftfulla ackretionsmekanismerna i det svarta hålet självt. Kvasarer med lågenergi av röntgenstrålning och därmed lägre temperatur i koronan uppvisar starkare vindar. Detta indikerar en mycket snabb tillväxtfas som överskrider en fysisk gräns för ansamling av materia som kallas Eddington-gränsen, vilket är anledningen till att denna fas kallas "super-Eddington". Omvänt tenderar kvasarer med högre energiutsläpp av röntgenstrålning att uppvisa svagare vindar.  https://sv.wikipedia.org/wiki/Eddington-luminositet

– Vårt arbete tyder på att de supermassiva svarta hålen i mitten av de första kvasarerna som bildades under den första miljarden år av universums existens faktiskt kan ha ökat sin massa mycket snabbt vilket utmanar fysikens gränser, beskriver Alessia Tortosa, huvudförfattare till studien och forskare vid INAF i Rom. Upptäckten av detta samband mellan röntgenstrålning och vindar är avgörande för att förstå hur så stora svarta hål kunde ha bildats på så kort tid, vilket ger en konkret ledtråd för att lösa ett av de största mysterierna inom modern astrofysik.

Resultatet uppnåddes främst genom att analysera data som samlats in med rymdteleskopet XMM-Newton vid Europeiska rymdorganisationen ESA, vilket möjliggjorde cirka 700 timmars observationer av kvasarerna. Det mesta av datan som samlats in mellan 2021 och 2023 som en del av det fleråriga XMM-Newton Heritage Programme, under ledning av Luca Zappacosta, forskare vid INAF i Rom, är en del av HYPERION-projektet som syftar till att studera hyperluminösa kvasarer under universums kosmiska gryning. Den omfattande observationskampanjen leddes av ett team av italienska forskare och fick stöd från INAF som finansierade programmet och därmed stödde spjutspetsforskning om den evolutionära dynamiken i universums tidiga strukturer.

– I HYPERION-programmet fokuserade vi på två nyckelfaktorer: å ena sidan det noggranna urvalet av kvasarer att observera och att välja ut titanerna, det vill säga de som hade samlat på sig så mycket massa som möjligt och å andra sidan den djupgående studien av deras egenskaper i röntgenstrålning, något som aldrig tidigare gjorts på ett så stort antal objekt från den första tiden av universum, beskriver Luca Zappacosta, forskare vid INAF i Rom. Resultaten vi får är genuint oväntade, och de pekar alla på en super-Eddington-tillväxtmekanism hos de svarta hålen.

Studien ger viktiga insikter för framtida röntgenuppdrag, som ATHENA (ESA), AXIS och Lynx (NASA), som är planerade att skjutas upp mellan 2030 och 2040. Faktum är att de erhållna resultaten kommer att vara användbara för att förfina nästa generations observationsinstrument och för att definiera bättre strategier för att undersöka svarta hål och aktiva galaxkärnor i röntgenstrålning vid mer avlägsna kosmiska epoker. Dessa är nyckelelement för att förstå bildandet av de första galaktiska strukturerna i universums första tid.

Studien publicerades den 20 november 2024 i tidskriften Astronomy & Astrophysics.

Kan den snabba tillväxten berott på att det under de första tiotals miljonerna åren fanns stora mängder av gas som gjorde att kvasarbildning mm tog en otroligt accederande  fart.

En avlägsen galax med roterande skiva

 

Bild https://www.eso.org  Astronomer har upptäckt den mest avlägsna Vintergatsliknande galaxen som hittills skådats. Galaxen har beteckningen REBELS-25 och ser lika välordnad ut som dagens galaxer, trots att vi ser den vid en tidpunkt då universum bara var 700 miljoner år gammalt. Den välordnade strukturen är förvånande då unga galaxer enligt vår nuvarande förståelse borde vara mer kaotiska. Rotationen och strukturen hos REBELS-25 avslöjades med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), där European Southern Observatory (ESO) är partner.

De galaxer vi ser idag har utvecklats drastiskt jämfört med de kaotiska, oformliga motsvarigheter som astronomer vanligtvis observerar i det tidiga universum. "Enligt vår förförståelse av galaxbildningen förväntar vi oss att de flesta tidiga galaxer är små med oordnade stjärnor och form", beskriver Jacqueline Hodge, astronom vid Leiden University, Nederländerna, och medförfattare till studien.

Dessa oformliga, tidiga galaxer smälter så småningom samman med varandra och utvecklas till en mer ordnad form i en mycket långsam takt. Dagens teorier tyder på att en galax som är lika välordnad som vår egen Vintergata - en roterande skiva med välordnade strukturer i form av spiralarmar som utvecklats under flera miljarder års tid. Detektionen av REBELS-25 är därför en utmaning i tidsskalan vi förutsätter är riktig.

I studien, som har accepterats för publicering i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, beskriver astronomerna att REBELS-25 är den mest avlägsna och är den kraftigt roterande skivgalax som hittills har upptäckts. Det ljus som når oss galaxen sändes ut när universum bara var 700 miljoner år gammalt – endast fem procent av universums nuvarande ålder (13,8 miljarder år) – därför är REBELS-25:s ordnade rotation ett helt oväntat fynd.

"Att upptäcka en galax med sådana likheter med vår egen Vintergata, som är starkt rotationsdominerad, utmanar vår förståelse av hur snabbt galaxerna i det tidiga universum utvecklades till de ordnade galaxer vi ser i dagens kosmos", beskriver Lucie Rowland, doktorand vid Leidenuniversitet och huvudförfattare till studien. Forskningsresultaten presenteras i artikeln “REBELS-25: Discovery of a dynamically cold disc galaxy at z=7.31” som publicerats i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Det bör ge tankar åt att vi missat något väsentligt i universums tillblivelse när vi upptäckter anomalier som denna galax utveckling i förhörhållande till vår nuvarande förförståelse av tid och utveckling.

Små ljusa objekt under universums första tid förbryllar.

 

Ett internationellt forskarlag under ledning av forskare från Penn State (Pennsylvania university) har med hjälp av instrumentet NIRSpec som finns ombord på JWST (James Webb teleskopet) identifierat tre mystiska objekt i universums första tid (cirka 600-800 miljoner år efter Big Bang).  Då universum bara var 5 procent av sin nuvarande ålder.

Teamet studerade ur spektralmätningar intensiteten i olika våglängder av ljus från objekten. Analysen visade att det fanns signaturer som visar  "gamla" stjärnor, hundratals miljoner år gamla, mycket äldre än vad man kan förvänta sig i ett ungt universum.

Forskarna blev också förvånade då de upptäckte signaturer av enorma supermassiva svarta hål i samma stjärnsamling (galaxtillväxt) och uppskattar att dessa är 100 till 1 000 gånger mer massiva än det supermassiva svarta hålet i Vintergatan.

– Vi har bekräftat att dessa stjärnsamlingar verkar vara packade med uråldriga stjärnor – hundratals miljoner år gamla – i ett universum som bara är 600-800 miljoner år gammalt. Anmärkningsvärt nog har dessa objekt även rekordet för de tidigaste signaturerna av gammalt stjärnljus, beskriver Bingjie Wang, postdoktor vid Penn State University och huvudförfattare till artikeln (se nedan). – Det var helt oväntat att hitta gamla stjärnor i ett så ungt stadium av universum. Standardmodellerna för kosmologi och galaxbildning har varit framgångsrika, men dessa ljusstarka objekt passar inte  in i nuvarande teorier.

Forskarna upptäckte först de massiva objekten i juli 2022. Vid den tidpunkten misstänkte forskarna att objekten var galaxer, men följde upp sin analys genom att samla in spektra för att bättre förstå objektens verkliga avstånd samt källorna som driver deras enorma ljus.

Forskarna använde sedan insamlad data för att få en tydligare bild av hur galaxbildningen såg ut och vad som fanns i den. Teamet bekräftade inte bara att objekten var galaxer i tidernas begynnelse utan de hittade också bevis för förvånansvärt stora supermassiva svarta hål och en förvånansvärt gammal population av stjärnor.

JWST är utrustad med instrument för infraröd avkänning som kan detektera ljus som sänds ut från de äldsta stjärnorna och galaxerna. I huvudsak gör teleskopet det möjligt för forskare att se tillbaka i tiden ungefär 13,5 miljarder år vilket är tiden nära universums begynnelse som vi känner det, beskriver Leja.

En utmaning med att analysera forntida ljus är att det kan vara svårt att skilja de typer av objekt som kan ha avgett ljuset. När det gäller dessa tidiga objekt har de tydliga egenskaper hos både supermassiva svarta hål och gamla stjärnor. Wang förklarar att det ännu inte är klart hur mycket av det observerade ljuset som kommer från vart och ett av detta – vilket innebär att det kan röra sig om tidiga galaxer som är oväntat gamla och till och med mer massiva än vår egen Vintergata som bildats mycket tidigare än vad modellerna förutspår eller så kan de vara galaxer med mer normal massa men med "övermassiva" svarta hål, ungefär 100 till 1 000 gånger mer massiva än vad en likartad i storlek galax skulle ha idag.

"Att skilja mellan ljus från material som faller in i ett svart hål och ljus som sänds ut från stjärnor i dessa små, avlägsna objekt är utmanande", beskriver Wang. –Bortsett från deras oförklarligt stora massa och unga ålder är frågan om  ljuset kommer från supermassiva svarta hål så är dessa inte supermassiva svarta hål som vi känner sådana. De nu funna innehåller mycket mer ultravioletta fotoner än väntat och  saknar de karakteristiska signaturerna hos supermassiva svarta hål, såsom hett stoft och ljus röntgenstrålning. Men det kanske mest överraskande, enligt forskarna, är hur massiva de verkar vara.

Här ser vi ett fullt utvecklat stort svart hål i en mycket liten nybildande galax. Det är inte riktigt logiskt för galaxer  och svarta hål borde växa i storlek tillsammans enligt nuvarande teori.

Forskarna var också förbryllade över de otroligt små storlekarna på dessa system, bara några hundra ljusår tvärsöver ungefär 1 000 gånger mindre än Vintergatan. Stjärnorna är ungefär lika många som i vår egen galax Vintergatan med någonstans mellan 10 miljarder och 1 biljon stjärnor – men ryms i en volym som är 1 000 gånger mindre än Vintergatan.

Leja förklarade att om man tog Vintergatan och komprimerade den till storleken av de galaxer som hittats där ute skulle den närmaste stjärnan nästan finnas i vårt eget solsystem. Det supermassiva svarta hålet i Vintergatans centrum, cirka 26 000 ljusår bort, skulle bara ligga cirka 26 ljusår från jorden och synas på himlen som en gigantisk ljuspelare.

"Dessa tidiga galaxer är täta med stjärnor – stjärnor som måste ha bildats på ett sätt som vi  inte har kunskap om och under förhållanden som vi aldrig skulle förvänta oss under en period av tid och rum vi aldrig skulle förväntat oss att se dem", beskriver Leja. De är unika för det tidiga universum."

Forskarna hoppas kunna följa upp med fler observationer som  kan hjälpa till att förklara några av objektens mysterier. De planerar att ta djupare spektra genom att rikta teleskopet mot objekten under längre tidsperioder vilket kommer att hjälpa till att undersöka och kanske förstå  stjärnorna och det potentiella supermassiva svarta hålen genom att identifiera de specifika absorptionssignaturer som finns i var och ett av dem.

Jag misstänker att vi inte förstår expansionen från nära noll och som sedan skedde i universums början och  att svaret på gåtan finns i detta.

Wang och Leja fick finansiering från NASA:s General Observers-program. Forskningen stöddes också av International Space Science Institute i Bern. Arbetet är delvis baserat på observationer gjorda med NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope. Beräkningarna för forskningen utfördes på Penn State's Institute for Computational and Data Sciences superdator Roar.

Andra medförfattare till artikeln är Anna de Graaff vid Max-Planck-Institut für Astronomie i Tyskland; Gabriel Brammer från Cosmic Dawn Center och Niels Bohr Institute; Andrea Weibel och Pascal Oesch från universitetet i Genève; Nikko Cleri, Michaela Hirschmann, Pieter van Dokkum och Rohan Naidu från Yale University; Ivo Labbé från Stanford University; Jorryt Matthee och Jenny Greene från Princeton University; Ian McConachie och Rachel Bezanson från University of Pittsburgh; Josephine Baggen från Texas A&M University; Katherine Suess från Observatoire de Sauverny i Schweiz; David Setton of Massachusetts Institute of Technology’s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research; Erica Nelson från University of Colorado; Christina Williams från U.S. National Science Foundation's National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory och University of Arizona.

Studien om upptäckten publicerades den 27 juni 2024 i Astrophysical Journal Letters.

Bild https://www.flickr.com/ Grekland (Arkiv: NASA, Internationella rymdstationen, 07/22/11)

De första stjärnorna bildade grundämnen med högre atomnummer än uran-238

 

De första stjärnorna i universum var mycket stora. De bestod nästan endast av väte och helium och var upp till 300 gånger  massivare än vår sol. I dem bildades de första av de tyngre grundämnena, som sedan kastades ut i kosmos vid slutet av deras korta existens som slutade i en supernova. Dessa grundämnen var början till alla de stjärnor och planeter som nu finns. I en ny studie visas att dessa första stjärnor skapade mer än bara de naturliga grundämnen upp till uran-238.

Med undantag för väte, helium och några spår av andra lätta grundämnen har alla atomer vi ser omkring oss skapats genom astrofysikaliska processer, såsom  supernovor, kollisioner mellan neutronstjärnor och högenergirika partikelkollisioner. Tillsammans skapades  tyngre grundämnen som uran-238, som är det tyngsta naturligt förekommande grundämnet.

Uran bildas vid kollisioner mellan supernovor och neutronstjärnor genom den så kallade r-processen, där neutroner snabbt fångas upp av atomkärnor och då blir till ett tyngre grundämne. R-processen är komplex, och det finns fortfarande mycket som inte förstås i  hur den processen uppstår eller vad dess övre massgräns är.

Studien ger resultat som tyder på  att r-processen i de allra första stjärnorna kan ha producerat mycket tyngre grundämnen med atommassa större än 260 (se periodiska systemet).  

Teamet såg på 42 stjärnor i Vintergatan för vilka grundämnessammansättningen är förstådd. I stället för att bara leta efter närvaron av tyngre grundämnen tittade de på det relativa överflödet av grundämnen i alla stjärnor. De fann att överflödet av vissa grundämnen som silver och rodium inte stämmer överens med det förutspådda överflödet från vad som sker i en r-processnukleosyntes.

Ny data tyder istället på att dessa grundämnen är sönderfallsrester från mycket tyngre kärnor  högre än 260 i atommassanummer. Förutom r-processen med snabb neutroninfångning finns det två andra sätt att skapa tunga atomkärnor: p-processen där neutronrika kärnor fångar protoner, och s-processen där en kärna av en atom kan fånga in en neutron. Men ingen av dessa kan skapa en snabb uppbyggnad av massa som är nödvändig för grundämnen med högre nummer än uran. Det är bara i den hypermassiva första generationens stjärnor som r-processens nukleosyntes som på något vis kan ha genererat sådana grundämnen.

Studien tyder alltså på att r-processen kan skapa grundämnen med högre atomnummer än uran, och sannolikt skedde det i de första stjärnorna i universum. Om det inte finns en isolerad plats av stabilitet för några av dessa ultratunga grundämnen kommer dessa då bildade grundämnen för länge sedan att ha sönderfallit till de naturliga grundämnen vi ser idag. Men det faktum att de en gång existerade kommer att hjälpa forskare att bättre förstå r-processen och dess begränsningar.

Inlägget ovan grundas på en artikel ihttps://www.universetoday.com/ där det hänvisas till en källan Roederer, Ian U., et al. “Element abundance patterns in stars indicate fission of nuclei heavier than uranium.” Science 382.6675 (2023): 1177-1180.

Tunga grundämnen i högre skiktet av periodiska system bildas och finns oftast endast kortvarigt i kärnkraftverk eller laboratoriemiljö.

Bild vikipedia En atomkärna visas här som ett kompakt knippe av de två typerna av nukleoner, protoner (röda) och neutroner (blå). I bilden visas protonerna och neutronerna som distinkta, vilket är den gängse uppfattningen inom till exempel kemi. Men i en verklig kärna, som förstås av modern kärnfysik är nukleonerna delvis delokaliserade och organiserar sig enligt kvantkromodynamikens lagar.

Resterna från de första stjärnorna ses än i dag i avlägsna gasmoln

 

För första gången någonsin har det nu gått att  identifiera de kemiska resterna från explosionerna (supernovorna) efter de första stjärnorna, i avlägsna gasmoln, beskriver Andrea Saccardi, doktorand vid Observatoire de Paris – PSL, och ledare för studien som färdigställdes under hennes forskarutbildning vid Florens universitet.

Forskarna tror att de första stjärnorna som bildades i universum skiljde sig avsevärt åt från de stjärnor vi ser i dag. (de första innehöll nästan ingen metall utan bestod mest av väte och helium jämfört med dagens metallrika stjärnor. Metallrika stjärnor bildades då resterna av de första väte-heliumstjärnorna exploderat som supernovor. Vid explosionerna av detta slag bildades nya tyngre grundämnen.).

När de första stjärnorna bildades för ca 13,5 miljarder år sedan innehöll de nästan bara väte och helium, de lättaste grundämnena i naturen. Dessa stjärnor, som troligen var tiotals eller hundratals gånger mer massiva än solen exploderade efter kort tid som supernovor och berikade då den omkringliggande gasen efter novan med tyngre grundämnen. Senare generationer av stjärnor bildades ur denna gas och spred i sin tur än fler och tyngre grundämnen omkring sig när de exploderade.

De första stjärnorna är borta sedan länge men  dess spår finns kvar och kan studeras indirekt genom att undersöka de grundämnen som de spred i sin omgivning efter supernovaexplosionen, beskriver Stefania Salvadori, docent vid Florens universitet och medförfattare till studien som publicerades nyligen i Astrophysical Journal.

I data som samlats in med ESO:s VLT i Chile  (Europeiska sydobservatoriet- Very Large Telescope) fann astronomerna tre mycket avlägsna gasmoln från tiden då universum var 10 till 15 procent av sin nuvarande ålder. Gasmolnen visade kemiska fingeravtryck som överensstämde med det man förväntade sig från de första supernovorna. Beroende på stjärnans massa och energin i supernovan lämnade dessa första supernovor efter sig varierande mängder grundämnen som kol, syre och magnesium till nästa generations stjärnor.

Men vissa supernovaexplosioner var inte kraftiga nog att sprida än tyngre grundämnen som järn vilket bildas i tunga stjärnors centra (först av nästa generations stjärnors supernovadöd bildades järn) . För att söka efter resterna av stjärnor som exploderade som supernovor med låg energi letade därför forskarna efter gasmoln med låga halter av järn men höga halter av lättare grundämnen. De  gasmoln med rester från det tidiga universum med de karaktäristika man sökte efter vad de med mycket låga halter av järn men höga halter av kol och andra grundämnen.

Denna speciella kemiska sammansättning har observerats i gamla stjärnor i vår egen galax. Stjärnor som astronomerna anser vara andra generationens stjärnor bildade ur resterna av de första stjärnorna.

För att detektera och studera dessa stjärnor använde sig astronomerna av kvasarer vilket är extremt ljusstarka källor som drivs av aktiva supermassiva svarta hål i avlägsna galaxers centra. När ljuset från kvasarerna passerar genom universum och passerar  genom gasmoln lämnar de sken i gasmolnen som kan visa gasmolnets spektra av kemisk sammansättning. 

Forskarna analyserade ljuset från flera kvasarer genom dessa moln för att hitta avtryck av molnens sammansättning. Kvasarer som tidigare hade observerats med X-shooter ett instrumentet på ESO:s VLT. X-shooter sprider ut ljuset i ett spektrum av diskreta våglängder vilket gör det unikt välanpassat för att identifiera den kemiska sammansättningen i avlägsna gasmoln.

Studien öppnar nya möjligheter för nästa generations teleskop och instrument som ESO:s kommande Extremely Large Telescope och dess högupplösande spektrograf ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph). Med ANDES på ELT kommer vi att kunna studera många av dessa sällsynta gasmoln i större detaljrikedom vilket gör det möjligt att avslöja egenskaperna hos de första stjärnorna” beskriver Valentina D’Odorico, astronom vid National Institute of Astrophysics i Italien och en av studiens medförfattare det i studien.

Bild vikipedia på ESO:s (Europeiska sydobservatorie i Chile) Very Large Telescope.

De första svarta hålen kan ha bildat sig själva

 

De första svarta hål som bildades under de exotiska förhållandena i bigbang kan ha varit sin egen källa till materia och strålning.

Standardberättelsen om det tidiga universum är följande. När kosmos var ungt genomgick det en period av otroligt snabb expansion. Universum ökade i storlek med partiklar av nästan bara av väte och helium och strålningen var stark. Därefter expanderade och svalnade universum och då sjönk densiteten hos materia och strålningen. Så småningom bildades stjärnor, galaxer och stjärnkluster och efter supernovors bildande övriga grundämnen. Expansionen fortsatte och dess takt ökar än i dag.

Ny forskning tyder på att denna berättelse kan sakna en viktig ingrediens de ursprungliga svarta hålen. För närvarande känner vi bara till ett sätt som svarta hål skapas. Det är då  stjärnor kollapsar efter att deras bränsle tagit slut. När de kollapsar in i sig själva i slutet (då de är en neutronstjärna av otrolig massa)  når de tillräckligt hög densitet för att överväldiga alla andra krafter och utlösa bildandet till ett svart hål.

Vi vet från Stephen Hawkings arbete att svarta hål inte är helt svarta. De lyser faktiskt lite genom en exotisk kvantprocess som kallas Hawking-strålning.

För normalstora svarta hål är detta en mycket ineffektiv process. Ett typiskt svart hål kommer bara att avge en partikel av Hawking-strålning varje år eller så. Medan mindre svarta hål avger mycket mer strålning. Om de ursprungliga svarta hålen var tillräckligt små skulle de avdunstat helt medan universum fortfarande var i sin tidigaste tid och inte ha lämnat något spår kvar. Men forskarna anser att när dessa ursprungliga svarta hål avdunstade släppte de från sig strålning och materia.

Trots universums expansion och om tillräckligt många ursprungliga svarta hål avdunstade kunde densiteten av materia och strålning förbli konstant. Detta skulle leda till ett utökat black hole-baserat big bang-scenario.

Så småningom skulle då alla av de första svarta hålen försvunnit och resten av den kosmologiska historien skulle fortsätta utan dem. Men de skulle lämna spår. Förändringarna i materia och strålningstäthet kan potentiellt ha fått långvariga effekter som vi kan upptäcka även idag. Avdunstningen av de ursprungliga svarta hålen själva utlöste bildandet av gravitationsvågor som kan finnas kvar än idag.

Vi kanske aldrig hittar direkta bevis från de ursprungliga svarta hålens existens men forskarna har funnit att vi kan hitta deras subtila fingeravtryck i hela universum om de nu funnits vilket bara är en teori.

Bild vikipedia på en animerad simulering av ett Schwarzschild  svart hål med en galax som passerar bakom. Vid en tidpunkt och kurs observerad av extrem gravitationslinsning av galaxen.

Webbteleskopet söker efter de första solsystemen och dess planeter

 

En av Webbteleskopets stora uppgifter och förmåga är att studera den tidigaste fasen av den kosmiska historien. Tiden strax efter Big Bang för 13,8 miljarder år sedan.

Ju mer avlägsna föremål från oss ett föremål är desto längre tid tar det för dettas ljus att nå oss och ju längre tillbaks ut i det avlägsna universum vi ser desto längre tillbaks i tiden ser vi. När vi ser som nämns ovan 13, 8 miljarder år tillbaks i tiden innebär det ljusår tillbaks (tiden det tar för ljuset att färdas från objekten och då ska man komma ihåg att ljusets hastighet är 300000 km/sek).

"Vi kommer att se tillbaka på universums tidigaste tid för att söka efter de första galaxerna som bildades , förklarade Dan Coe astronom vid Space Telescope ScienceInstitutet vilken specialiserat sig på det tidiga universums historia. Astronomer har hittills sett tillbaks 97 procent av tiden tillbaka till Big Bang. Men där ser man bara små röda fläckar när vi tittar på de galaxer som är så långt bort i tid och rum.

”Med Webbteleskopet kommer vi äntligen att kunna se in i dessa galaxer och se vad de består  av." Säger Coe.

Dagens galaxer är  spiral eller är elliptiskt formade medan de tidigaste galaxerna var "klumpiga och oregelbundna". Webbteleskopet borde kunna avslöja äldre röda stjärnor i dessa tidiga galaxer liknande i storlek som vår sol. Stjärnor som inte var synliga för Hubble Space Teleskopet.

Coe har två Webb-projekt på gång. Ett att observera en av de mest avlägsna galaxerna som är kända, galaxen MACS0647-JD som han upptäckte 2013 och Earendel den  avlägsnaste stjärnan som någonsin upptäckts vilken upptäcktes i mars i år (2022). Medan allmänheten har lockats av Webbs fantastiskt skarpa bilder tagna i infrarött eftersom ljus från det avlägsna kosmos har sträckt sig in i dessa våglängder genom universums expansion är forskare lika angelägna om undersökningar i spektroskopi.

Analys av ett objekts ljusspektrum (spektroskopisk undersökning) avslöjar dess egenskaper, inklusive temperatur, massa och kemiska sammansättning. Vetenskapen vet ännu inte hur de tidigaste stjärnorna, som förmodligen började bildas 100 miljoner år efter Big Bang ser ut.

"Vi kan kanske se saker som är väldigt annorlunda", säger Coe - så kallade "Population III" -stjärnor som teoretiskt kan ha varit mycket mer massiva än vår sol och  enbart bestå av väte och helium.

Dessa stjärnor exploderade så småningom som supernovor vilket bidrog till den kosmiskt kemiska anrikningen som skapade de stjärnor och planeter vi ser idag (och de grundämnen vi har i dag).

Vissa är tveksamma till att dessa första Population III-stjärnor någonsin kommer att hittas - men det hindrar inte det astronomiska samfundet från att försöka. Själv tror jag man en dag  lyckas kanske med något  helt annat slag av undersökningsmetod som vi ännu inte har eller tänkt ut hur den ska fungera eller se ut (min anm.).

Bild vikipedia på den omtalade galaxen ovan MACS0647-JD vilken är en mycket ung galax  i en storlek av en bråkdel av Vintergatans storlek.

Så bildades troligast den första kvasaren

 

En kvasar är en extremt ljusstark och från oss avlägsen aktiv galaxkärna. Den överglänser sin galax så mycket, att galaxen vari kvasaren finns inte tidigare har kunnat observeras. Först nu och med hjälp av fotografisk CCD-teknik och adaptiv optik har många galaxer där en kvasar finns kunnat bekräftas existera. Kvasaren är i sig vanligtvis ett förhållandevis litet objekt och flertalet finns på ofantligt stora avstånd från jorden.

Sedan de första kvasarerna upptäcktes för 20 år sedan har det funderats över hur de första kvasarerna i universum bildades. Nu har ett team av astrofysiker förslaget  en lösning på mysteriet och deras resultat publicerades nyligen i en artikel med namnet ”The Turbulent Origins of the First Quasars”  i tidskriften Nature.

Förekomsten av de över 200 kvasarerna som hittills hittats får sin energi av supermassiva svarta hål mindre än en miljard år efter Big Bang. Detta är ett mysterium inom astrofysiken eftersom det aldrig helt förståtts hur de kunnat bildats så tidigt i universums historia.

Forskarteamet under ledning av Dr Daniel Whalen vid University of Portsmouth har nu visat hur de första kvasarerna naturligt bildades under våldsamma, turbulenta förhållandena i de sällsynta gasreservoarer som fanns i det tidiga universum.

Dr Whalen, säger "Denna upptäckt är särskilt spännande eftersom den har omkullkastat 20 års tankar om ursprunget till de första supermassiva svarta hålen i universum. Vi hittar supermassiva svarta hål i centrum av de flesta massiva galaxer. Svarta hål som kan vara miljoner eller miljarder gånger större än solens massa. Men det var först 2003 vi började hitta kvasarer de mycket lysande objekten med dess aktiva accretion 

Detta får kvasarerna att ses som kosmiska fyrar i det tidiga universum existerande mindre än en miljard år efter Big Bang. Ingen förstod hur de bildats så tidigt." 

För några år sedan visade superdatorsimuleringar att tidiga kvasarer kunde bildas vid korsningarna av  kalla, kraftfulla gasströmmar (en sällsynt med likväl ibland händelse som sker eller skredde därute). Cirka ett dussin av dessa fanns i en volym en miljard ljusår. Men för att det skulle ge effekt måste det svarta hålet vara 100000 solmassor. Svarta hål bildas idag när massiva stjärnor får slut på bränsle och kollapsar, men de blir vanligtvis bara 10 - 100 solmassor vilet utesluter dessa som källor till en kvasar.

Kan svarta hål i galaxers kärna som verkar ha funnits redan när galaxen bildades (min anm.) ha bildats genom att ett tidigare universums stjärnor  över eoner dragits in i svarta hål och alla svarta hål  därefter dragits samman till ett enda otroligt kompakt svart hål med fortsatt sammandragning  till en massa vi inte kan förställa oss av kompakthet och litenhet. För att därefter splittras i BigBang och då bildat vårt universum. Medan rester av det förra finns i form av svarta hål i galaxerna. En lite udda tanke.

Astrofysiker hade länge teoretiserat att 10 000 - 100 000 solmassestjärnor bildades i det tidiga universum men bara i exotiska, finjusterade miljöer som starka ultravioletta bakgrunder eller supersoniska flöden mellan gas och mörk materia som inte hade någon likhet med de turbulenta molnen där de första kvasarerna bildades.

Superdatormodellerna gick dock tillbaka till mycket tidiga tider och fann att de kalla, täta gasströmmarna som kunde växa till en miljard solmassor och svarta hål på bara några hundra miljoner år skapade sina egna supermassiva stjärnor utan behov av ovanliga exotiska miljöer. De kalla strömmarna drev turbulens i molnet som hindrade normala stjärnor från att bildas tills molnet blev så massivt att det kollapsade under sin egen vikt och bildade två gigantiska urstjärnor - en som var 30000 solmassor och en annan som var 40000.

"Följaktligen skapade de ursprungliga gasmolnen som kunde bilda en kvasar dessa strax efter kosmos födelse - när de första stjärnorna i universum. Detta enkla resultat förklarar inte bara ursprunget till de första kvasarerna utan också deras demografi och deras antal.

Bild från vikipedia. Kvasaren 3C 273.

Nu söks skenet från de första stjärnorna efter BigBang.

Astronomer hoppas snart finna en signal som har färdats genom universum i 12 miljarder ljusår. En signal eller syn som visar sken från den tid då de första stjärnorna bildades efter BigBang.


Detta arbete och denna förhoppning presenteras snart (ev är det gjort när detta läses) i en rapport i Astrophysical Journal av ett team som leds av Dr. Nichole Barry från Australiens University of Melbourne och Arc Centre of Excellenc.


MWA (se nedan)  som startade sin drift under 2013, byggdes specifikt för att upptäcka elektromagnetisk strålning som avges av den vätgas som fanns i universum under den period då en soppa av protoner och neutroner flöt runt i universum efter det att universum började svalna efter  Big Bang.


Så småningom började väteatomer att klumpa ihop sig för att bilda stjärnor. De allra första stjärnorna bildades. För att förstå detta skede bör vi finna ljus eller vågor av andra slag från denna tid.


”Det är oerhört viktigt för vår förståelse av astrofysik och kosmologi", förklarar Dr. Barr" Den signal som vi letar efter är 12  miljarder år gammal," förklarar ASTRO 3-D medlem och medförfattare till ovan rapport docent Cathryn Trott, från internationella centrum för radioastronomiforskning vid Curtin University i Western Australia.


"Det är ett svagt sken (eller signal) som söks och det finns en hel del galaxer mellan den och oss. De kommer i vägen och gör det mycket svårt att extrahera den information vi är ute efter. ”säger hon.


Enligt mig (min anm) kommer säkert signalen, våglängden eller ljuset att hittas eller det man tror är detta. Men det kan även bli fel i så motto att det man finner på vägen fått signalen att förfalskas från hur den en gång sändes ut i händelseskedet för miljarder ljus sedan. Risken är även att feltolka en signal som något annat än det man tror sig hittat.



Bilden är på ovannämnda MWA (Murchison Widefield Array) i Australien där forskningen pågår.

39 Enorma galaxer från universums första 2 miljarder år har upptäckts

Forskare vid University of Tokyos Institute of Astronomy har använt ett antal teleskop för att resa bakåt till universums barndom. Bland annat användes rymdteleskopet Spitzer för att söka i det infraröda våglängdområdet och radioteleskopgruppen Alma, Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array i Chile.


Utöver dessa har även Very Large Telescope, som i själva verket består av fyra samverkande teleskop på 8,2 meter placerade i formation vid Paranalobservatoriet i Chile använts. Det blev upptäckter av 39 mycket stora hittills dolda galaxer som redan fanns 2 miljarder år efter BigBang ( BigBang inträffade för 13,7 miljarder år sedan enligt dagens kunskaper).


De här upptäckterna står i konflikt med de nuvarande modeller för denna tids utveckling, och kommer att hjälpa oss med detaljer som hittills har saknats, säger astronomen Tao Wang vid University of Tokyo i ett pressmeddelande.


Vid denna tid var de nu upptäckta galaxerna de största i universum. Men i dag är de så gamla (avståndet så stort från oss i ljusår räknat)  att ljuset från dem är väldigt svagt beroende på avståndet (ljuset har tagit ca 12 miljarder år att nå oss).


 Universums expansion gör även att det synliga ljuset sträcks ut och så småningom blir infrarött (sett från oss). Sträckningen av det infraröda fältet kan avslöja hur långt bort ljuskällan ligger och därmed också åldern på när ljuset sändes ut.


Ju större galax desto större är även det svarta hål som ligger mitten. Det innebär att man också kan studera dettas evolution. Detta genom att jämför dettas utveckling mot galaxer vars ljus inte ligger så långt bort i ljusår.


Frågan jag ställer mig är även varför det finns ett svart hål i centrum av alla galaxer vilket vi hittills upptäckt. Säkert bör det ha med bildandet av galaxer att göra. Men någon förklaring på fenomenet finns inte.



Bilden är från Vikipedia och visar ALMA radioteleskopgrupp i Atacamaöknen i Chile.

Nu har de första molekylerna i universum hittats av SOFIA.

Forskare på det luftburna observatoriet SOFIA ( se länk) 

har upptäckt den första typen av molekyl som  bildades i universum efter BigBang , efter att länge ha misstänkt att den finns därute fortfarande.


De hittade kombinationen av helium och väte och molekylen kallas därför en helium hybrid. 

Vi ska komma ihåg att teorin om universums uppkomst  är att efter BigBang fanns enbart två grundämnen Helium och väte och ur dessa uppstod efter något hundratusental år då ovanstående molekyl (troligen spontant?) Det var början på fortsättningen vilket är en annan historia.


 Det var i en planetarisk nebulosa NGC 7027 nära stjärnbilden svanen upptäckten gjordes. Upptäckten bekräftar en viktig del av vår grundläggande förståelse av det tidiga universum och hur det utvecklats under miljarder år till den komplexa kemin av idag. 


Bilden är på en del av SOFIA.

Signaler spårade från de första stjärnorna som existerade efter Big Bang

Allt har en början (enligt vår verklighetsuppfattning) i varje fall ska en första generation av stjärnor kommit till en kort tid efter Big Bang.

Efter Big Bang började expansionen av universum i ett ingenting som efterhand förstorades till ett som vi idag kallar universum i expansion. Här fanns vätgas och strålning av mikrovågstyp vilket genomstrålade allt i denna expansion.

Efter en viss tid klumpades gas samman och kollapsade in i sig själva och de första blå heta stjärnorna bildades. Då dessa stjärnor lyste upp omgivningen började vätgas reagera och tog till sig den mikrovågsstrålning som fanns överallt i bakgrunden. Den så kallade bakgrundsstrålningen.

Därefter följde en vidare utveckling där stjärnors inre strålning och förändringar efterhand gav upphov till mer och mer komplexa atomer och ämnen och den värld vi idag kan se och uppleva där det levande livet är en del.

Det är spåren av de första stjärnorna som man nu efter idogt sökande har funnit miljarder ljusår bort. Lösningen var att kunna se bakåt i tiden genom ljusårens rödtoning långt bort.

Signalerna från de första stjärnorna överraskade dock resultatmässigt. Man trodde sig kunna finna dem och gjorde till slut detta. Men signalernas styrka var betydligt starkare än väntat. Detta tyder på en tid då vätgasen tog till sig mer bakgrundsstrålning än väntat och det tyder på att temperaturen den gången var betydligt lägre än de – 270C man trott. Observera då att den absoluta nollpunkten anses vara -273,15C enligt alla beräkningar men den bör  sannolikhet omtolkas om de nya resultaten är riktiga.

Men det finns andra tanker ex  Rennan Barkana, professor i astrofysik vid Tel Avivs universitet vilken  föreslår en potentiellt nytänkande förklaring enligt följande. 

Istället för ovan förklaring säger han att vätgas förlorade värme till den mörka materian vilken han anser fanns redan då. Denna materia är tänkt vara hela 85 % av materien i universum innebärande att den materia vi ser och använder och är uppbyggda av enbart är 15 % av materian i universum (resten är mörk materia).

Vidare anser han att den mörka materian bara kan utläsas indirekt genom dess effekter av gravitation. Om dessa resultat kan bevisas är de tecken på en ny form av interaktion. Den mellan normal materia och mörk materia en grundläggande styrka som hittills har varit helt okänd för vetenskapen. Men vi vet inget om sanningshalten i detta.

Teorin skulle också föreslå att mörk materias partiklar, vars egenskaper ännu är mystiska, måste ha svag densitet snarare än vara fasta partiklar vilket skulle utesluta en av de ledande hypotetiska kandidaterna för mörk materia, känd som svagt interagerande  massiva partiklar – eller Wimp.

Bild på det mystiska universum här i fantasin men vad är fantasi då vi tänker på universum? Jag vet inte om något kan ses som det.

En av Vintergatans första stjärnor hittad.

En av de första stjärnorna som bildades i Vintergatan har identifierats. Den finns i riktning mot centrum av Vintergatan på ett avstånd av 7500 ljusår från oss i riktning mot Lodjurets stjärnbild. Den är i storlek av ca 0,7 massan av vår sol och ca 400C varmare.

I samband med denna stjärnas födelse bildades de första kemiska grundämnena i galaxerna. Upptäckten och spektrografin av denna stjärna gjordes av observatoriet på Las Palmas. Roque de los Muchachos.

Hittills har enbart ett fåtal metallfattiga stjärnor av denna typ hittats. Metallfattigheten visar att det är en av de första stjärnorna.

Men fler kommer troligen att hittas då instrumentet idag blir allt känsligare av att hitta kemiska substanser i stjärnorna. Med än känsligare instrument inom det spektrografiska området desto mer kan vi förstå av vår verklighet och hur allt började en gång.

Det är förhoppningen då nyfikenhet aldrig kommer att ta slut på frågan om vad en människa är och hur och varför allt finns.

Bilden är ett spektrogram från Cassini – Huygens resa runt Saturnus 18 maj 2017. Med detta vill jag visa hur ett spektrogram kan se ut.

Nu har för första gången en måne utanför vårt solsystem upptäckts

Exoplaneter har upptäckts i hundratals utanför vårt solsystem. Planeter runt andra solar.

Men nu har den första månen upptäckts utanför vårt solsystem. En måne (kallas exomoon)  runt en exoplanet vilken i sig kretsar runt en stjärna med namnet Kepler-1625. Namngiven efter det teleskop vilket fann den, Keplerteleskopet.

Systemet finns ca 4000 ljusår från oss i Svanens stjärnbild synligt på Norra stjärnhimlen och har bekräftats genom att även det kända Hubbleteleskopet har gett samma resultat.

För mer information av teknisk natur i rapporten se här.

Nu finns det överraskande svaret på varför Jordens första hav var rostgrönt.

Det fanns en tid då Jordens syrehalt i atmosfären var mycket låg. Det var i Jordens barndom.

Det fanns en tid då Jordens järn vilket idag finns inbäddat i malmådror var upplöst i stoff och inte rostade. Det var i Jordens barndom

Det fanns en tid då det första havet bildats. Ett hav där järnhalten var hög och järnet upplöst i mycket små partiklar. 

Ett hav med en rostgrön färg. Ett hav av upplöst järn.

Med tiden sjönk detta till botten och bildade tillsammans på sin väg där nere i avlagringar med andra mineral och sediment. Detta var början till den järnmalm vi idag bryter.

Men då syret i havet och luften var lågt för ca 2,5 miljarder år sedan då detta hände blev den rost som uppkom då av grönt slag. Bottnarna blev gröna av järnutfällningar och sedimentering på den tiden. 

Den röda rost vi ser idag uppkom senare och av syrets påverkan på järn. Det hände när syret ökade i atmosfären. Men det är en annan historia.

Därav ovan rubrik en gång var haven rostgröna. För mer information av ämnet och varifrån denna nya kunskap kommer följ länken här.

Bilden ovan  bör ha likhet med hur havets färg då såg ut.

Första titten på platsen där de första stjärnorna bildades.

Damm döljer platsen vi kan ana därute där de första stjärnorna en gång föddes. Men idag har man kunnat se något in i detta dammhöljda förflutna genom radioteleskop.

Almaoch VLA-teleskopet har sett in i utrymmen dit Hubbleteleskopet  inte kan se.

Det som sågs var kall gas vilket var ursprungsmaterialet till de första stjärnorna. Så långt har man hittills nått att se. Mer avancerade instrument behövs för att gå vidare.

För första gången har en blomma blommat i rymden.

Det är en gul Zinnia. Att det blev just denna blommas frö som togs med upp i på den internationella rymdstationen vet jag inte men blomman har nu slagit ut där uppe.

Tidigare har romansallat odlats där uppe även det med lyckat resultat.

En blomma är känsligare än sallad därför har man koll på hur denna blomma reagerar på miljön där uppe. Tomater kommer även i framtiden att experimentodlas där uppe.

Men än kan man inte göra allt på en gång. En sak i sänder. Inget växthus ännu.

Odling är viktigt för framtida långfärder eller bara för trivseln ombord på långfärder och även för transport  för eventuella framtida odlingar vid koloniseringar av främmande planeter. Marsfärder är väl närmast i tanke då.

Zinnia är nu inskrivet i historieböckerna som den blomma vilken först blommade i rymden.

Spår av de första stjärnorna kan ses men det finns mycket där ute som förvirrar.

13,8 miljarder ljusår var det sedan allt kom till i Big Bang ur ingenting.

Idag kan vi se spår av de första stjärnornas byggstenar genom att studera moln av gas av helium och syre ca 12 miljarder ljusår bort. Här bildades de första stjärnorna vilka inte innehöll  tunga grundämnen. När de åldrats och exploderat bildades genom fusion nya stjärnor av materialet och då kom de tyngre grundämnena till.

Vi ser spår av detta händelseförlopp i universum. Problemet är inte att det finns för få spår utan istället för mycket spår. Moln av stoff vilka skiner genom yngre moln av stoff i spektret och förvirrar vad som är sant i ett händelseförlopp i tid och rum.

Men enligt fysikens lagar och teorins möjligheter anses det vara spår av ett troligt händelseförlopp vi ser där ute enligt ovan konstruktionsmall.

Första fotot på en blå jetstråle taget från en astronaut i rymden.

För första gången blev en så kallad blå stråle avfotograferad från rymden. Vad är då en blå stråle? Jo följande.

"Blå jetstrålar (engelska Blue jets) börjar på åskmolnets ovansida och expanderar som en jetstråle till en halv mils diameter, de når ca 8 mils höjd.

De rör sig med ca 100 km/s och varar i ca 250 millisekunder." citerat från vikipedia.

Det unika fotot vilket kan ses här är fascinerande.

Hur dessa urladdningar uppkommer och varför är en gåta ännu likt mycket som har med åska att göra.

Första bilden på hur planeter är under bildande runt en stjärna.

För första gången har en bild tagits på hur planeter bildas runt sin sol.

Stjärnan det handlar om  finns ca 450 ljusår från Jorden i stjärnbilden Oxen.

På bilden kan man se cirklar i skenet från stjärnan. Cirklar vilka visar planetbanor. Stjärnan är ung därför är troligast planeterna fortfarande i bildningsfasen.

En unik bild. Inget liknande detta har tidigare fotograferats.