Mysteriet med vita dvärgstjärnors snabba rörelser kan vara löst.

 

Bild https://www.space.com/ Astronomer kan ha löst mysteriet med vita dvärgstjärnors som rör sig i hyperhastighet och visat hur våldsamma stjärnkollisioner och dubbla detonationer kan skjuta ut materia ur dessa  in i Vintergatan i halsbrytande hastighet. (Bildkredit: Tod Strohmayer (GSFC), CXC, NASA, Illustration: Dana Berry (CXC))

En vit dvärgstjärna är en stjärna som varit i storlek som solen men kollapsat till en dvärgstjärna med mycket liten storlek efter att den gjort slut på sitt kärnbränsle. En typisk vit dvärg har en radie som är 1 procent av solens, men den har grovt räknat samma massa. Detta motsvarar en densitet på cirka 1 ton per kubikcentimeter.

Under de senaste åren har astronomer analyserat data från den europeiska rymdorganisationen ESA:s rymdfarkost Gaia och identifierat en handfull vita dvärgar som rusar genom Vintergatan i halsbrytande hastigheter på upp till 2 000 kilometer per sekund. Det är tillräckligt snabbt för att ta sig från New York till Los Angeles på mindre än två sekunder. Hastigheten på dessa vita dvärgar är hög nog för att flyga ur vintergatan helt och hållet.

Dessa så kallade hyperhastighetsvita dvärgar har förbryllat astronomer sedan de upptäcktes 2018. Deras extrema hastigheter tyder på att de startades av kraftfulla, våldsamma händelser. Men ingen enskild teori har kunnat förklara både deras halsbrytande hastigheter och deras uppblåsta, överhettade utseende förrän nu. 

I en ny studie under ledning av Hila Glanz vid Technion-Israel Institute of Technology beskrivs den mest övertygande förklaringen hittills till vita dvärgars  hyperhastighet. Med hjälp av detaljerade datorsimuleringar har forskarna modellerat vad som händer när två vita dvärgar i ett tätt dubbelstjärnsystem går in i en spiral mot varandra för en kollision. Den första explosionen skickar en chockvåg runt stjärnans yttre lager. När den konvergerar på motsatt sida komprimerar och värmer det upp kärnan vilket utlöser en andra detonation  den här gången i kol-syrekärnan, vilket får primärstjärnan att explodera i vad astronomerna kallar en termonukleär supernova."Den fullkomligt exploderar", beskriver Glanz. "Det blir ingenting kvar."

Med sin partner utplånad slungas den delvis splittrade följeslagaren som nu är obunden av en följeslagare bort med en enorm hastighet, driven av både explosionen och den enorma omloppsenergi som byggts upp under supernovans sista ögonblick. Den förhärskande teorin - D6-scenariot (förkortning för "dynamically driven double-degenerate double-detonation") - föreslås att en massiv vit dvärg detonerar efter minimal massöverföring och lämnar följeslagaren intakt. Men den här modellen har svårt att förena både de extrema hastigheterna och de uppblåsta utseenden som ses hos vita dvärgar med hyperhastighet, enligt den nya studien.

Glanz fusionsmodell, däremot, visar att även en stjärna med relativt låg massa kan producera en snabbt rörlig rest, tack vare en partiell störning (den stärnrest som blev kvar efter kollisionen). Och eftersom den resulterande supernovan är ljussvag, bleknar dess rester snabbt vilket gör att den utkastade vita dvärgen ser ut som en ensam vandrare. Glanz betonar ändå att detta bara är en del av bilden. Framtida kartläggningar av himlen, som de som snart kommer att utföras av Vera C. Rubin-observatoriet, kan bidra till att sätta  teorier på prov. Om astronomer fångar en sådan sammanslagning och explosion i realtid kan det hjälpa till att bekräfta den våldsamma process som får dessa stjärnkanonkulor att flyga över galaxen.

Resultaten, som beskrivs i en artikel som publicerades den 19 augusti i tidskriften Nature Astronomy, återskapade inte bara de dramatiska utkastningshastigheter som observerats av Gaia, utan också många av de ovanliga fysiska egenskaperna hos dessa stjärnkanonkulor.

Nu har forskare börjat söka efter hur mörk materia rör sig i vintergatan

 

Bild  https://today.usc.edu  Detta konstnärskoncept illustrerar den nya synen på Vintergatan. Galaxens två stora armar kan ses fästa i ändarna av en tjock central stav medan de två nu degraderade mindre armarna är mindre distinkta och placerade mellan de stora armarna. (Med tillstånd /NASA/JPL-Caltech)

Ett forskarlag under ledning från USC (University of Southern California) har skapat en serie stordatorsimulerade tvillingar till Vintergatan. Något som kan hjälpa forskare att finna nya svar på ett av universums största mysterier. Den osynliga mörka materia man anser finns och vilken utgör cirka 85 procent av all materia som existerar.

Forskningen leddes av kosmolog Vera Gluscevic docent vid USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences; och Ethan Nadler, tidigare postdoktor vid USC och Carnegie Observatories numera biträdande professor vid University of California, San Diego och Andrew Benson, forskare vid Carnegie Observatories.

De kallade sitt simuleringsprojekt "COZMIC", en förkortning för "Cosmological Zoom-in Simulations with Initial Conditions beyond Cold Dark Matter". Till sviten av studier tog forskargruppen steget att använda ny fysik. Inte bara vanlig partikelfysik och relativitetsteori och programmerade en superdator för att skapa mycket detaljerade kosmologiska simuleringar genom COZMIC för att testa olika idéer om vad mörk materia kan göra, rörelser och är.

"Vi vill mäta massorna och andra kvantegenskaper hos dessa partiklar och mäta hur de interagerar med allt annat", beskriver Gluscevic. Med COZMIC kan vi för första gången simulera galaxer som vår egen under radikalt annorlunda fysikaliska lagar för att testa dessa lagar mot verkliga astronomiska observationer. Förutom Gluscevic, Nadler och Benson inkluderar teamet bakom COZMIC Hai-Bo Yu från UC Riverside, Daneng Yang, tidigare vid UC Riverside nu vid Purple Mountain Observatory CAS; Xiaolong Du från UCLA; och Rui An, tidigare från USC.

– Våra simuleringar visar att observationer av de minsta galaxerna kan användas för att urskilja modeller av mörk materia, beskriver Nadler.

I studierna med COZMIC redogjorde forskarna för följande beteendescenarier för mörk materia:

Biljardbollsmodellen: I denna första studie kolliderar varje partikel av mörk materia med protoner tidigt i universum likt biljardbollar när de först sätts i rörelse. Denna interaktion jämnar ut småskaliga strukturer och eliminerar satellitgalaxer i Vintergatan. Denna studie inkluderar också scenarier där mörk materia rör sig i hög hastighet och andra där den består av partiklar med extremt låg massa.

Mixed-sector modellen: Denna andra studie var ett hybridscenario där vissa partiklar av mörk materia interagerar med normal materia medan andra passerar genom den.

Självinteragerande modellen: I denna tredje studie simulerade forskarna ett scenario där mörk materia interagerar med sig själv både i tidernas begynnelse och idag vilket förändrar hur galaxer bildats under den kosmiska historien.

Medan de körde dessa simuleringar matade forskarna in ny fysik i superdatorn för att skapa en galax vars struktur bär signaturer av dessa interaktioner mellan normal och mörk materia, beskriver Benson.

Gluscevic tillägger: "Även om många tidigare simuleringsprogram har utforskat effekterna av mörk materias massa eller självinteraktioner har ingen hittills simulerat växelverkan mellan mörk materia och vanlig materia. Sådana interaktioner är inte exotiska eller osannolika. Det är faktiskt troligt att de existerar."

Forskningen fortsätter ännu har den inte givet ett svar.

Rörelserna av galaxer genom eoner

 

Allt i vårt universum rör sig. Det gäller allt överallt på alla skalor. Filosofen  Herakleitos  var en grekisk filosof från staden Efesos som levde i slutet av 500-talet f.Kr en av hans utsagor var att man kan aldrig gå ner i samma flod två gånger. Innebärande att flodens vatten hela tiden rör sig och det vatten du gick ner i finns inte där nästa gång du går ner i floden. Men de tidsskalor som behövs för att se rörelse är ibland mycket större än människans livstid exempelvis som vi ska ta upp här galaxers rörelser.

 I en ny stor studie har ett team astronomer från University of Hawaii Institute for Astronomy (IfA), University of Maryland och University of Paris-Saclay spårat rörelser tillbaks i tiden hos 10000 galaxer och galaxhopar. De galaxer de undersökte finns inom ett avstånd av högst  inom 350 miljoner ljusår från oss. Galaxernas rörelser kunde följas under en period av 11,5 miljarder år  från när universum bara var 1,5 miljarder år gammalt, fram till idag. Det blir en tidsrymd av 13 miljarder år Universum beräknas vara 14,5 miljarder år gammalt. Undersökningen gjordes med hjälp av numerisk matematik. 

Teamet beräknade galaxernas rörelser baserat på galaxernas nuvarande ljusstyrka och positioner och deras nuvarande rörelse bort från oss. Astronomerna har tagit hänsyn till Big Bang-teorins fysik, inklusive tanken att galaxer initialt började expandera från varandra nästan exakt efter sitt bildande. Man använde i arbetet  vad som kallas Hubble-expansionshastighet.   (Hubbles lag)

Det tas ett steg vidare med forskning av detta slag för vår förståelse av vad universum är och hur det utvecklats. Men inte till varför det finns.  Den frågan är fortfarande och kanske för alltid en gåta (men anm.)

Forskargruppen som arbetade med detta projekt bestod (och består av om de fortfarande arbetar med detta) av Shaya (University of Maryland), Tully (University of Hawaii), Daniel Pomarede (University of Paris-Saclay) och Alan Peel (University of Maryland).

Bild flickr.com