Mörk materia samlas vid svarta hål

 

Bild  https://news.vt.edu  En konstnärs avbildning av miljön nära ett supermassivt svart hål där endast synlig materia ses. I en ny studie antyds att det svarta hålet också kan vara omgivet av en sfärisk gloria av osynlig mörk materia. Illustration med tillstånd av Adobe Stock.

Vi närmar oss en punkt där observationsbevisen för mörk materia helt enkelt är obestridliga," beskriver Mayank Sharma, fysikstudent vid Virginia Tech.

Varje ny upptäckt lär oss mer om den mörka materian som vida överstiger all synlig materia i universum. Den enda kända kraft som påverkar detta är gravitation och  mörk materia samlas som ett allt tjockare moln av som kan ses som svart rök (dock osynligt för oss) runt supermassiva svarta hål.

Med hjälp av en astrofysisk teknik kallad ekokartläggning lade forskarna fram bevis som stödjer denna teori som länge hållits som riktig  men inte kunnat bevisas i  partikelfysiken. Gravitationen drar i allt och i universum rusar stjärnor och galaxer  i rasande fart mycket, mycket snabbare än de borde, och denna expansionsgastighet av universum ökar och ökar.

Expansionen av universum kommer kommer ur gravitationen av osynlig mörk materia (men säkert även av mörk energi enligt mig).

Den extra hastigheten pekar på mörk materians inflytande över de enorma avstånden över universum. Men vad händer vid randen till ett svart hål? Svarta hål är områden i rymden där gravitationen är så stark att den drar och vrider själva rumtidens väv.

Forskare kan se vanlig materia falla mot ett svart hål. Damm, gas och plasma slår runt i en bullrig ackretionsskiva orsakar friktion, förlorar rörelsemängd och dras i spiralform inåt i det svarta hålet.

Men mörk materia skakar inte om. Den kan inte interagera  med sig själv eller med synlig materia. Allt den påverkas av är gravitation. Utan någon mekanism för att avge energi förutspår teorin att mörk materia helt enkelt svävar tätt i utkanten av ett svart hål  men detta beteende inte kan observeras med vanliga teleskop.

När han diskuterade problemet med Gonzalo Herrera, en tidigare postdoktoral forskare i partikelfysik vid Virginia Tech, såg Sharma en möjlig väg framåt.

"Vi skulle faktiskt kunna testa denna förutsägelse med hjälp av en teknik inom astronomi, som kan mäta avståndet till den omgivande gasen genom att leta efter ljusekon." Ljuseko, är känt som efterklangskartläggning och är en väletablerad teknik för att mäta massan av svarta hål.

När material faller mot ett svart hål frigörs en energiexplosion som får ackretionsskivan att pulsera. Ljuspulsen färdas utåt tills den träffar omgivande gas som absorberar och återutsänder ljuset i en sekundär puls likt ett  eko.

Astronomer upptäcker den initiala blixten och efter en fördröjning, dess eko.

Eftersom ljuset färdas med konstant hastighet avslöjar fördröjningen gasens avstånd från det svarta hålet. Den initiala signalen innehåller också fingeravtryck från det svarta hålet, där intensiv värme och strålning tar bort gasen från elektroner. Denna effekt är mindre uttalad i ekosignalen som är längre bort från det svarta hålet.

Genom att jämföra signalerna kan forskare använda det matematiska sambandet mellan avstånd, ljushastighet och massa för att beräkna hur mycket mörk materia som omger det svarta hålet.

Genom att tillämpa denna metod på 14 avlägsna galaxer fann teamet fem fall där massan ökade med avståndet som var snabbare än vad synlig materia ensam kunde ge som  förklaring.

"Dessa galaxer visar definitivt en antydan om att det finns extra material som inte kan förklaras av bara det supermassiva svarta hålet," beskriver Sharma.

Databegränsningar innebär att resultaten är ett konceptbevis, inte en definitiv upptäckt, men studien visar en tydlig väg till bekräftelse. Om närvaron av mörk materia bekräftas i framtida studier måste astronomer ta hänsyn till dess effekter i sina studier av supermassiva svarta hål ochmiljön där. Å andra sidan, om teorin utesluts, måste partikelfysiker gå tillbaka till ritbordet för att förstå vad mörk materia  är.

Den studien är  publicerad i Physical Review Journals. 

Gränsen för var en planet kan ses möjlig för att ha livsformer runt en stjärna bör utvidgas

 

Bild https://www.afhu.org  Traditionella och utvidgade livsvänliga zoner runt en stjärna. Den traditionella beboeliga zonen visas av den diagonala orange randen. Avståndet från värdstjärnan (horisontella axel, i astronomiska enheter) ökar med ljusstyrkan, som ökar med stjärnans massa och stjärntypen (M, K, G, etc.) som visas på den vertikala axeln. Ellipserna representerar förlängningarna av den livsvänliga zon som presenteras i forskningen. | Källa: Amri Wande

Astronomer har länge sökt efter liv inom en smal sfär runt en stjärna, den "beboeliga zonen", där en planet varken borde vara för varm eller för kall för flytande vatten. Enligt en studie av forskare vid Hebreiska universitetet i Jerusalem (HU) kan flytande vatten dock existera långt bortom den klassiska ytterkanten, dolt under is som subglaciala eller intraglaciala sjöar. Detta innebär att antalet världar värda att efter vatten och potentiellt livsvänliga förhållanden kan vara mycket större än vad den traditionella kartan antyder.

Den nya studien, publicerad i Astrophysical Journal (se nedan) visar att astronomer i åratal har förlitat sig på tumregeln för beboelig zon (den så kallade guldlockzonen) när de söker efter liv bortom jorden, planeter där flytande vatten kan finnas på planetens yta. I vårt eget solsystem ligger den zonen ungefär mellan jordens och Mars banor. Men många av de planeter som nu upptäcks passar inte in i denna ram Då de kretsar runt stjärnor som skiljer sig mycket från vår sol och då har en beboelig zon på ett avstånd närmare  den inre kanten av den beboeliga zonen eller mycket längre ut.

Astrofysiker professor Amri Wandel från Hebreiska universitetet undersökte vad som händer när forskare ifrågasätter de antaganden som ligger bakom den traditionella guldlockzonen.

Fokus ligger på tidvattenlåsta exoplaneter – världar som alltid vänder samma sida mot sin stjärna. Dessa planeter upplever permanent dagsljus på ena sidan och permanent natt på den andra vilket är en konfiguration som ofta anses liv och vatten på dessa planeter.

Wandels analys antyder däremot något annat.

Med hjälp av en analytisk klimatmodell som spårar yttemperaturen på sådana planeter visar studien att världar som kretsar kring M- och K-dvärgstjärnor kan upprätthålla flytande vatten på nattsidan, även när de kretsar betydligt närmare sin stjärna än vad klassiska modeller för beboeliga zoner tillåter. Värme som transporteras från dagsidan kan hålla delar av nattsidan över nollpunkten vilket utökar utbudet av miljöer där vatten kan finnas kvar.

Denna utökade definition av den beboeliga zonen kan hjälpa till att förklara nyligen genomförda observationer av James Webb Space Telescope, som upptäckte vattenånga och andra flyktiga gaser i atmosfärerna hos de närliggande superjordarna som kretsar kring M-dvärgstjärnor planeter som  ansågs ligga utanför det säkra avståndet för ytvatten.

Studien tittar också åt motsatt håll, bortom den yttre kanten av den beboeliga zonen. Även på kalla planeter långt från sina stjärnor kan flytande vatten existera under tjocka lager av is i form av intraglaciala sjöar eller subglacial smältning, vilket ytterligare vidgar den beboeliga zonen och ökar antalet världar som kan stödja vattenbaserade miljöer med stor marginal.

Genom att ompröva antagandena bakom den beboeliga zonen och omräkna dess gränser, omformar denna forskning var astronomer kan leta efter förhållanden som är lämpliga för liv och föreslår att potentiella livsmiljöer kan finnas på planeter där det tidigare uteslutits.

Forskningsartikeln med titeln "Exoplaneter bortom den konservativa beboeliga zonen. I. Beboelighet" finns tillgänglig i The Astrophysical Journal och kan nås här. 

Nya fantastiskt formade skivor omkring stjärnor fotograferade från Chile

Nya bilder har kommit in från instrumentet SPHERE vid ESO:s Very Large Telescope i Chile. Bilderna visar de dammiga skivorna runt unga närliggande stjärnor i större detalj än vad som tidigare varit möjligt.

Detaljrikedomen får stjärnorna att visa upp sig i en bisarr mångfald av former, storlekar och strukturer vilka bland annat kan bero på att planeter håller på att bildas i banor runt dem.

SPHERE:s  uppgift är att hitta och studera stora exoplaneter som går i banor runt närliggande stjärnor. Instrumentet är även ett av dagens bästa till att avbilda skivorna runt unga stjärnor där planeter kanske bildas.

Att kunna studera sådana skivor är intressant för forskare med intresse för att undersöka kopplingarna mellan skivornas egenskaper och hur planeter bildas.

SPHERE har även upptäckt en kantställd skiva omkring stjärnan GSC 07396-00759 en av flera stjärnor i ett system ingående i stjärngruppen  DARTTS-S. Skivan verkar ligga längre fram i sin utveckling än den gasrika skivan vilken omsluter T-Tauri-stjärnan i samma system fastän de är åldersmässigt lika,

Denna mystiska skillnad i skivornas evolutionära tidsskalor hos två stjärnor som är lika gamla är ytterligare en anledning till varför astronomer är intresserade av att få reda på mer om dessa skivformationer och vilka egenskaper de har.

Bilden är en teckning av en T-Tauristjärna 

Stjärnan S-2 finns kusligt nära Vintergatans svarta hål i sin bana.

Saggitaurius A är namnet på det svarta hål som finns i centrum av Vintergatan. Hålet har en massa motsvarande fyra millioner solar av vår sols storlek. För kort tid sedan kunde man se ett stort gasmoln störta in mot hålet.

Vi vet att det finns ett antal stjärnor som kretsar i det svarta hålets närhet. Om dessa har planeter eller livsdugliga sådana vet vi inte. Men nog skulle det vara kusligt om vår sol med Jorden funnits nära ett slukande svart hål.

En av dessa stjärnor har  namnet S-2. En relativt ung stjärna med en massa 15 gånger större än vår sol. 26 000 ljusår från oss och detta är även avståndet till centrum av galaxen från oss räknat och även ungefär avståndet till vår galax svarta hål.

Under detta år kommer S-2 åter att vara som närmst det svarta hålet i galaxens centrum. S-2 rundar det svarta hålet vart 15:e år i en bana som är 300 miljarder km i omkrets.

Vi ska tänka på att det svarta hålet är mycket massivt så det är ingen lång bana om vi ser det så. Inte långt från hålet heller. Den elliptiska banan är inte längre från det svarta hålet än Neptunus ligger från vår sol.

Kusligt nära när det handlar om ett svart hål. Än mer kusligt om det finns planeter med liv omkring stjärnan.

Om ni önskar se hur S-2 rör sig runt hålet koppla upp dig med denna länk där det finns en filmsnutt som visar detta.

Bilden visar banan runt det svarta hålet.

En katastrof inträffade för 13000 år sedan.

Vi har alla läst om meteoritnedslaget för 65 miljoner år sedan i Mexiko. Efter den händelsen uppstod fibulavintern med effekten av att stora delar av Jordens djurvärld dog ut. Dinosaurierna var några av de raser som försvann den gången.

Men för bara 13000 år sedan skedde en annan katastrof. Kometnedslag vilka startade bränder i Nord - Sydamerika, Västeuropa och västra Asien. Moln av aska förmörkade solen och klimatets kyla blev snart döden för mastodonter och mammutar mfl arter. En ny fibulavinter uppstod.

Träkol har hittats på många platser efter denna stora brand som svepte utan kontroll runt Jorden.

Spår av branden finns även i Antarktis iskärnor. Kometmolnet som svepte runt Jorden den gången släppte ner glödande sten och grus runt hela Jorden under sin svepande gång runt vår planet.

Man kan bara tänka sig hur fruktansvärt det måste ha sett ut för de människor som levde då. Säkert ansågs det som gudarnas straff och människooffer mm florerade troligen bland de förfäder vi då hade.

Bilden är från Cueva de las Manos (på svenska: Grottan med händerna) ligger vid Río Pinturas i Patagonien, Argentina. Tiden då dessa händer var levande människors från tiden då katastrofen ovan nämns.

Vi är naturligt skyddade från rymdens faror av många skilda naturliga skyddsmekanismer.

Vi vet att det finns bälten exempelvis Van Allenbältena runt vår planet vilka skyddar oss från den farliga strålningen från rymdens djup. Ett skydd vilket samlar den livsfarliga strålningen från rymden men även lätt slår ut elektroniken i rymdfarkoster när de går upp o ner  genom bältena. Kanske det inte är meningen att människan ska fara ut från planeten Jorden med sina attiraljer.

Vi har även ozonskiktet vilket stoppar en stor del av den för oss farliga uv-strålningen från solen.

Men nu har ytterligare ett skydd hittats vilket vi inte visste helt hur det fungerade. Ett skydd mot asteroider.

Skyddet är vår egen atmosfär. När en sten av inte alltför stor storlek kommer in i hög hastighet i denna blir lufttrycket mot densamma så högt att luft tränger in i stenens små ihåligheter och trycket blir då i stenen så högt att den sprängs i små bitar vilka kan explodera i sin tur.

Detta gör att de asteroider som verkligen når Jordens yta är betydligt mindre än de var när de trängde in i vår atmosfär och skadeverkningarna eller farorna från dem har minskats drastiskt.

Merparten av dem är helt utplånade. Nog är skydden runt vår planet både effektiva och tankeväckande. Är allt en slump? Jag är övertygad om att det inte är det.

Bilden visar Jorden med jordiska satelliter runt sig. Bilden är från NASA en bit bort ses månen

Hur många visste att vi lever i ett hål i universum?

Tomhet är vad det är. I närområdet av vår galax. I andra delar av universum ligger galaxerna mycket tätare och närmre varandra.

I följande artikel från University of Wisconsin-Madison (varifrån citatet nedan också kommer) görs liknelsen att vi lever i ett hål av universum som kan ses som hålet i en ost.

Citat: Strukturen på kosmos är schweizerost-liknande i den meningen att den är sammansatt av ”normal materia” i form av håligheter och trådar. Trådarna består av superhop och galaxhopar, som i sin tur består av stjärnor, gas, stoft och planeter. Mörk materia och mörk energi, som ännu inte kan observeras direkt, tros utgöra cirka 95 procent av innehållet i universum." Slut citat.

Vi med vår Vintergata finns i ett hål eller tomrum i universum.

Spännande? Ja jag tycker det. Vad är universum egentligen och hur och varför finns det? För att inte fråga sig varifrån kommer det och dess materia? Det enda som är säkert är att vi upplever att det finns. Men det förklarar inget då vi inte ens vet säkert varför vi finns eller varför just du kan tänka o uppleva i just denna tid och varför och vad en människa är?