Det kommande Nancy Roman Telescope kommer att ge ny kunskap om stjärnorna

 

Bild wikipedia på teleskopet som enligt planerna ska sändas upp senast 2027.

Utifrån NASAs numera pensionerade Kepler-rymdteleskops framgångsrika asteroseismologiska  upptäckter har ett forskarteam nyligen bekräftat att asteroseismologi även kommer att vara möjlig med NASAs kommande Nancy GraceRoman Space Telescope. 

Deras studie visar olika modeller för att ge en uppskattning av antalet stjärnor som kommer att kunna detekteras med denna metod. Forskningsresultat visar att teleskopet kommer att ge den största asteroseismologiska mängden som någonsin samlats in. Genom att använda Keplerdata som utgångspunkt och anpassa datamängden för att matcha den förväntade kvaliteten från Roman har astronomer nyligen bevisat möjligheten av asteroseismologi med det snart uppskjutna teleskopet och gett ett uppskattat intervall av detekterbara stjärnor.

Det är en extra bonus till Romans huvudsakliga vetenskapliga mål: Eftersom teleskopet utför observationer för sina Galaktisk Bulge Tidsdomänundersökning en kärnundersökning i samhället som kommer att samla in data om hundratals miljoner stjärnor i utbuktningen av vår Vintergata  kommer den också att ge tillräckligt med information för att astronomer ska kunna fastställa stjärnmätningar via asteroseismologi.

"Asteroseismologi med Roman blir möjligt eftersom vi inte behöver få teleskopet att göra något det inte redan är planerat för," sade Marc Pinsonneault från The Ohio State University i Columbus, medförfattare till en artikel som beskriver forskningen (se nedan). "Styrkan i det romerska uppdraget är anmärkningsvärd: Det är delvis utformat för att främja exoplanetforskning, men forskare kommer också att få mycket rik data för andra vetenskapliga områden som sträcker sig bortom denna huvuduppgift."

Den galaktiska bulan (tät av stjärnor där av namnet i centrala vintergatan)i centrum av vintergatan vilken är tät med röda dvärgstjärnor och i många fall är dessa ingående i stora stjärnsamlingar som är mer utvecklade än huvudseriestjärnorna. (Huvudseriestjärnor befinner sig i ett liknande stadium som vår sol.) Fördelarna med asteroseismologi med Roman är bland många andra kopplingen till exoplanetforskning. Huvudfokuset för uppdraget och den galaktiska undersökningen av galaxens så kallade bula. Roman kan att upptäcka exoplaneter, planeter utanför vårt solsystem, genom en metod som kallas Mikrolinsning, innebärande att gravitationen från en förgrundsstjärna förstärker ljuset av en bakgrundsstjärna. Närvaron av en exoplanet kan orsaka en märkbar "blixt" i den resulterande ljusförändringen. 

"Med asteroseismologiska data kommer vi att kunna få  ny information om exoplaneternas solar och det kommer att ge oss ny kunskap om exoplaneterna själva," beskriver Revor Weiss från California State University, Long Beach, medförfattare till artikeln.   Artikeln om studien publicerades i The Astrophysical Journal. 

Nu förstår vi mer om hur grundämnen blir till i stjärnor.

 

Bild https://newscenter.lbl.gov/  experimental physicist Mathis Wiedeking är en  fysiker vars arbete hjälper till att avmystifiera den intermediära neutroninfångningsprocessen vid tunga grundämnes bildande. (Kredit: Marilyn Sargent/Berkeley Lab)

Runt oss finns element konstruerade i stjärnor, ex nickel, koppar, guld och silver. Forskare har numera en god förståelse för hur dessa grundämnen bildas. I många fall fångar en kärna tyngre än järn neutroner tills en av dem sönderfaller, vilket förvandlar dem till ett tyngre grundämne. Det finns en långsam version av denna neutroninfångning s-processen och en snabb version, r-processen. 

Men vissa stjärnor verkar inte följa reglerna. När astronomer analyserar dessa stjärnors ljus ser de oväntade förhållanden av tunga grundämnen som inte enkelt kan förklaras av någon av de två processerna. Avvikelserna pekar på en tredje väg: en "mellanliggande" i-process.

Mathis Wiedeking, experimental physicist vid Department of Energys Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), samlar in data från  kärnreaktioner som kan förbättra modellerna för hur grundämnena bildas. Han är också huvudförfattare till en ny artikel i Nature Reviews Physics om det aktuella forskningsläget (vilken rekommenderas för intresserade att läsa) inom i-processforskning, där experiment, teori och astrofysiska observationer möts.

I artikeln från https://newscenter.lbl.gov  Lawrence Berkeley National Laboratory  beskriver Wiedeking hur i-processen passar in i den större bilden av elementbildning, vad som krävs för att studera den och varför den är viktig att studera både för att förstå kosmos och för att utveckla nya teknologier här på jorden.

Extremt massiva stjärnor fanns under universums första tid

 

Bild https://pxhere.com/sv/photo/56824  på Vintergatan.

Ett internationellt forskarlag under ledning  av ICREA-forskare Mark Gieles vid Institute of Cosmos Sciences  och universitetet i Barcelona (ICCUB) och Institute of Space Studies of Catalonia (IEEC) har utvecklats en banbrytande modell som avslöjat extremt massiva stjärnor (EMS). Stjärnor med en massa 1000 gånger större än vår sols i de äldsta stjärnhoparna i universum.

Klotformiga stjärnhopar är täta, sfäriska grupper på hundratusentals till miljontals stjärnor  finns i nästan alla galaxer, inklusive Vintergatan. De flesta av dem är mer än 10 miljarder år gamla och även de i Vintergatan vilket innebär att de bildades några miljarder år efter Big Bang.

Stjärnorna uppvisar förbryllande kemiska signaturer bland annat ovanliga mängder av helium, kväve, syre, natrium, magnesium och aluminium. Det visar komplexa anrikningsprocesser av klusterbildning från extremt heta "föroreningar".

Den nya studien bygger på tröghetsinflödesmodellen för massiv stjärnbildning och utvidgar den till de extrema miljöerna i det tidiga universum. Resultatet visar att turbulent gas i de största och tyngsta stjärnhoparna naturligt gett upphov till extremt massiva stjärnor (EMS) som väger mellan 1 000 och 10 000 solmassor. Dessa ansamlingar av system frigör kraftfulla stjärnvindar rika på produkter av väte som förbränns vid höga temperaturer som sedan blandas med den omgivande orörda gasen och bildar de kemiskt distinkta stjärnorna.

– Vår modell visar att bara några få extremt massiva stjärnor kan lämna ett bestående kemiskt fingeravtryck på en hel hop, beskriver Mark Gieles. "Det kopplar äntligen bildningsfysiken hos klotformiga stjärnhopar till de kemiska signaturer vi observerar idag."

Laura Ramirez Galeano och Corinne Charbonnel från universitetet i Genève tillägger: "Det var redan känt att kärnreaktioner i centrum av extremt massiva stjärnor kunde skapa de rätta överflödsmönstren. Vi har nu en modell som ger en naturlig väg för att bilda dessa stjärnor i massiva stjärnhopar.

Denna process utvecklades snabbt  under en tid av 1 till 2 miljoner år  tiden innan några supernovor exploderade vilket säkerställer att hopens gas förblir fri från supernovaföroreningar.

Studien, som publiceras i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , visar hur dessa kortlivade stjärnjättar har haft ett stort inflytande på kemin i klotformiga stjärnhopar i några av de äldsta och mest gåtfulla stjärnsystemen i kosmos.

Galaxen med få stjärnor men med ett gigantiskt svart hål

 

Bild https://mcdonaldobservatory.org Segue 1 är en mycket ljussvag dvärggalax (Omöjligt att se men den finns på bilden) som innehåller få stjärnor. Ny forskning tyder på att det i dess centrum finns ett gigantiskt stort svart hål. Det är en klotformig galax i riktning mot stjärnbilden Lejonet 75000 ljusår från oss. Bild: SIMBAD, DSS.

Astronomer har under lång tid ansett att mycket små dvärggalaxer eller stjärnhopar inte har ett svart hål i sitt centrum utan istället en koncentration av mörk materia. Men forskare vid University of Texas i Austin och University of Texas i San Antonio vänder upp och ner på detta antagande och utmanar astronomernas förståelse av dvärggalaxer. I stället för mörk materia finns det ett gigantiskt svart hål i hjärtat av Segue 1. Ett svart hål som håller samman de få stjärnor som finns i denna dvärggalax.

– Vårt arbete kan revolutionera modellen av dvärggalaxer eller stjärnhopar så att de inkluderar supermassiva svarta hål i stället för halos av mörk materia, beskriver Nathaniel Lujan, doktorand vid UTSA som ledde forskningen.

Upptäckten publicerades nyligen i The AstrophysicalJournal Letters  och är kulmen i en kurs i astronomi som gavs av astrofysikerna Karl Gebhardt (UT Austin) och Richard Anantua (UTSA) vilken gav eleverna möjlighet att använda avancerad datormodelleringsteknik för att studera gravitationens effekt i galaxer. Studenterna använde superdatorer vid Texas Advanced Computing Center vid UT Austin för att skapa hundratusentals komplexa datamodeller. Var och en av dessa kartlade de förväntade banorna för Segue 1:s stjärnor vilket resultat bäst stämde på närvaron av ett svart hål, dess storlek, överflödet av mörk materia och andra hypotetiska faktorer allt i jakten på en modell som nära matchade stjärnornas verkliga rörelser som observerats av W.M. Keck-observatoriet.

Studenterna började med att identifiera stjärnors påverkan i Segue 1. Stjärnorna är där glest utspridda. I galaxens yttre kanter dominerar stjärnor som är på väg bort från galaxen. Genom att mäta populationen av stjärnor i utkanten och subtrahera den från den de i centrala regionen filtrerade de bort stjärnor som var under Vintergatans inflytande (de som är på väg ut från galaxen dras troligen iväg av Vintergatans stjärnors gravitation).

Därefter kartlade teamet hastigheten och riktningen för de återstående stjärnorna. Det stod snart klart att stjärnorna i den mittersta regionen färdades i snabba, snäva cirklar vilket är tecken på existensen av ett svart hål i centrum av galaxen. Data med en hög andel mörk materia eller både mörk materia och ett svart hål, stämde dåligt överens med de modeller som enbart visade på ett svart hål av ofantlig storlek.

Något som var spännande var att försöka  hitta det svarta hålet av denna teoretiskt enorma storlek. Med en massa som uppskattas vara 450 000 gånger större än vår sols massa innebär att den har ungefär 10 gånger större massa än alla stjärnor tillsammans i Segue 1. I de flesta galaxer är annars massan hos ett centralt svart hål inte större än hos stjärnorna i en galax.

– Det finns ett starkt samband mellan ett svart håls massa och värdgalaxens massa. Det svarta hålet i Segue 1 är däremot betydligt större än vad ovan samband visar förklarar Gebhardt. Om detta stora massförhållande som finns i Segue 1 är vanligt bland dvärggalaxer måste vi omtolka hur dessa system utvecklas, beskriver han.

En möjlig förklaring till Segue 1:s utveckling är att den tidigare var en större galax med betydligt fler stjärnor. Men med tiden kan Vintergatans gravitation dragit flertalet till sig (flera är ju fortfarande på väg ut ur galaxen se ovan så det låter troligt) och lämnat  några få kvar.

En annan möjlighet är att Segue 1 liknar en nyupptäckt klass av galaxer som kallas Little Red Dots, som verkar ha utvecklats med enorma svarta hål och mycket få stjärnor. Dessa tidiga galaxer, som finns i de mest avlägsna delarna av universum (i tid och rum) är svåra att studera. Med Segue 1 kan astronomer nu ha ett närliggande objekt som gör det möjligt  att observera några av de processer som antas pågå i Little Red Dots. 

Hur denna dvärggalax än har utvecklats har Segue 1 visat sig vara en spännande utmaning för de nuvarande teorierna om dvärggalaxer.

Medförfattare till studien inkluderade UT Austins Owen Chase, Maya Debski, Claire Finley, Om Gupta, Alex Lawson, Zorayda Martinez, Connor Painter och Yonatan Sklansky och UTSA:s Loraine Gomez, Izabella Marron och Hayley West. Forskningen stöddes av Simons Foundation.

Dolda Svarta hål i stoftmoln slukar stjärnor

 

Bild https://news.mit.edu/ Astronomer vid bland annat MIT (Massachusetts Institute of Technology) och Columbia University har använt NASA:s James Webb Space Telescope till att se genom stoftet i en närliggande galax och där in i efterdyningarna av ett svart håls stjärnslukande. Bildkälla: NRAO/AUI/NSF/NASA

Forskare har observerat omkring 100 tidvattenstörningar  sedan 1990-talet främst som röntgenljus eller optiskt ljus som blinkande i relativt stoftfria galaxer. Men som MIT-forskare (Massachusetts Institute of Technology) nyligen rapporterade kan det finnas många  stjärnförstörande händelser i universum som "gömmer sig" i dammiga, gasbeslöjade galaxer. OBS tidvattenstörningarna från svarta hål gör ett dessa långsamt slukar stjärnor.

 Nu har samma forskare använt JWST (James Webb teleskopet) världens mest kraftfulla infraröda detektor för att studera signaler från fyra stoftrika galaxer där de misstänker att tidvattenstörningar har inträffat. Inuti stoftet upptäckte JWST tydliga tecken på svarta hål med en process där material från stjärnrester cirklar runt och så småningom faller in i ett svart hål.

Teleskopet upptäckte också mönster som skiljer sig markant från det stoft som omger aktiva galaxer, där det centrala svarta hålet ständigt drar till sig omgivande material.

Sammantaget bekräftar observationerna att en tidvattenstörning verkligen inträffade i var och en av de fyra stoft och gasrika galaxer som undersöktes. Forskarna drar slutsatsen att de händelserna i galaxerna inte var produkter av aktiva svarta hål utan snarare vilande hål, som vaknade till aktivitet då en stjärna råkade passera förbi.

– Det här är de första JWST-observationerna av tidvattenstörningar i en stoffrik miljö och de liknar inte alls vad vi någonsin har sett tidigare, beskriver huvudförfattaren till studien Megan Masterson, doktorand vid MIT:s Kavli-institut för astrofysik och rymdforskning. – Vi har lärt oss att dessa faktiskt drivs av svarta håls accretion och att det inte ser ut som miljöer runt vanliga aktiva svarta hål. Att vi nu kan studera hur den vilande svarta hålmiljön faktiskt ser ut är spännande. "Själva processen för att ett svart hål ska sluka  stjärnmaterial tar lång tid", beskriver Masterson. "Det är inte en omedelbar process.  Förhoppningsvis kan vi börja undersöka hur lång tid den processen tar och hur den miljön ser ut. Ingen vet eftersom vi precis har börjat upptäcka och studera dessa händelser."

Utöver Masterson inkluderas i studien MIT-författare Christos Panagiotou, Erin Kara, Anna-Christina Eilers, tillsammans med Kishalay De från Columbia University och medarbetare från flera andra institutioner.

Forskning stöddes delvis av NASA och studien publicerades nyligen i Astrophysical Journal Letters och beskriver hur JWST för första gången har observerat flera tidvattenstörningar i stoftmoln. Fall då en galax centrala svarta hål drar till sig en närliggande stjärna och piskar upp tidvattenkrafter som sliter stjärnan i stycken och ger ifrån sig en enorm explosion av energi i processen.

Teorin att stjärnor till slut löses upp i neutroner

 

Bild https://www.lanl.gov  En högenergirik  jetstråle av fotoner (vitt och blått på bilden) som spränger ut ur en kollapsad stjärna där det finns och ses ett svart hål i mitten av bilden av stjärnan. Det röda  runt jetstrålen representerar kokongen där fria neutroner fångas in och orsakar r-processen, nukleosyntesen   som resulterar i bildandet av tunga grundämnen.

Att förstå ursprunget till tunga grundämnen i det periodiska systemet är ett av de mest utmanande och öppna problemen inom fysiken. I sökandet efter förhållanden som är lämpliga för dessa grundämnens ursprung via "nukleosyntes" tar sig ett team under ledning från Los Alamos National Laboratory dit inga forskare har letat tidigare, till gammablixtar och den omgivningen som kommer  från kollapsade stjärnor. Som de föreslagit i en artikel i The Astrophysical Journal kan högenergirika fotoner som produceras djupt inne i jetstrålar lösa upp de yttre lagren av en stjärna till neutroner vilket orsakar en rad fysikaliska processer som resulterar i bildandet av tunga grundämnen. 

"Skapandet av tunga grundämnen som uran och plutonium kräver extrema förhållanden", beskriver Matthew Mumpower, fysiker vid Los Alamos. "Det finns bara ett fåtal genomförbara men sällsynta scenarier i kosmos där dessa grundämnen kan bildas och på dessa platser behövs en riklig mängd neutroner. Vi föreslår ett nytt fenomen där dessa neutroner inte existerat tidigare utan produceras dynamiskt i stjärnan.

I det scenario som Mumpower föreställer sig startar det med att en massiv stjärna avstannar i fusion när dess kärnbränsle tar slut. När det inte längre går att trycka ihop materian mer genom gravitation bildas ett svart hål i stjärnans centrum. Om det svarta hålet snurrar tillräckligt snabbt kommer den extremt starka gravitationen runt det svarta hålet att dra till sig magnetfältet som runt om och kasta ut en kraftfull jetstråle bestående av fotoner. Genom efterföljande reaktioner skapas ett brett spektrum av fotoner, varav några har hög energi.

Jetstrålen spränger genom stjärnan framför den och skapar en het kokong av material runt jetstrålen, "likt ett godståg som plöjer genom snö", beskriver Mumpower. Vid gränsytan mellan jetstrålen och stjärnmaterialet kan högenergirika fotoner (ljus) interagera med atomkärnor och omvandla protoner till neutroner. Befintliga atomkärnor kan också lösas upp till enskilda nukleoner, vilket skapar fler fria neutroner som kan driva r-processen. Forskarnas beräkningar tyder på att interaktionen av ljus och materia kan skapa neutroner otroligt snabbt i storleksordningen av en nanosekund.

På grund av sin laddning fastnar protoner i jetstrålen av de starka magnetfälten. Neutroner, som är laddningsfria, plöjs ut ur jetstrålen och in i omgivningen. Efter att ha upplevt en relativistisk chock ligger neutronerna extremt tätt sammanpackade jämfört med det omgivande stjärnmaterialet och därmed kan r-processen uppstå och ge tunga grundämnen och isotoper som smids och sedan kastas ut i rymden under tiden som stjärnan slits sönder.

Processen med protoner som omvandlas till neutroner, tillsammans med fria neutroner som flyr ut i omgivningen för att bilda tunga grundämnen, involverar ett brett spektrum av fysikaliska principer och omfattar alla fyra grundläggande naturkrafterna (gravitation, den starka kärnkraften, den svaga kärnkraften och elektromagnetism): ett verkligt multifysikproblem, som kombinerar områden inom atom- och kärnfysik med hydrodynamik och allmän relativitetsteori.

Trots teamets ansträngningar kvarstår dock fler utmaningar eftersom de tunga isotoper som skapas under r-processen aldrig kan bildas på jorden och vi inte finner dem här under bildning  att undersöka. Forskare vet inte mycket om deras egenskaper, eller deras atomvikt, halveringstid mm.

Det behövs fler nyfikna forskare om vi en dag ska förstå vår verklighet och vad den består av och fungerar eller kom till.

Vissa stjärnor förvränger sitt sken och vi missar om de har exoplaneter

 

Bild https://www.ucl.ac.uk

Det mesta av den information vi har om planeter utanför vårt solsystem (exoplaneter) kommer från nedgångar i stjärnors ljus när dessa planeter passerar framför sin sol.

Det kan ge ledtrådar om planetens storlek (genom att vi ser på hur mycket stjärnljus som blockeras) och vad dess atmosfär består av (genom att se på hur planeten ändrar mönstret av det stjärnljus som dämpas).

I en ny studie, publicerad i The Astrophysical Journal Supplement Series, dras nu slutsatsen att fluktuationer i stjärnljuset på grund av varmare och kallare områden på en stjärnas yta däremot kan förvränga våra tolkningar av exoplaneter som passerar dessa ljusskiftande områden mer än vi tidigare trott.

Forskarna såg på atmosfären hos 20 planeter av Jupiters och Neptunus storlek och fann att värdstjärnornas ljusföränderlighet förvrängde dataanalysen för ungefär hälften av exoplaneterna.

Om forskarna inte tar hänsyn till dessa variationer på rätt sätt skulle misstolkning av en rad olika faktorer som planeternas storlek, temperatur och sammansättningen av atmosfärer bli fel. Forskatteamet beskriver att risken för feltolkningar är hanterbar om forskarna ser på en rad våglängder av ljus inklusive det optiska området där effekterna av stjärnkontaminering är mest uppenbara.

Huvudförfattare till studien Dr Arianna Saba (UCL Physics & Astronomy),  gjorde studien som en del av sin doktorsexamen vid UCL (University College London) beskriver: "Dessa resultat var en överraskning vi fann mer stjärnkontaminering i våra data än vi förväntade oss. Genom att förfina vår förståelse för hur stjärnors variabilitet kan påverka tolkningar av exoplaneter kan vi förbättra våra modeller och i framtiden använda de mycket större datamängder som nu kommer från James Webbteleskopet och snart i det framtida Ariel och Twinkle på ett bättre sätt.

Dolda stjärnor bakom Dragon Arc.

 

Bild https://www.cfa.harvard.edu   Abell 370, en galaxhop som ligger nästan 4 miljarder ljusår från jorden, har flera ljusbågar, inklusive "Drakbågen" (nedre vänstra hörnet i mitten). Dessa bågar orsakas av gravitationslinser: Ljus från avlägsna galaxer långt bakom den massiva galaxhopen som riktas mot jorden böjs runt Abell 370 av dennes massiva gravitation, vilket resulterar i förvridna bilder. Källa: NASA

Med hjälp av NASA:s James Webb Space Telescope (JWST) har postdoktoral forskare Fengwu Sun vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) och hans team observerat en galax som finns nästan 6,5 miljarder ljusår från jorden. En tidpunkt då universum var hälften så gammalt som det är idag. I denna avlägsna galax identifierade teamet 44 enskilda stjärnor som blev synliga tack vare en gravitationslinsing och JWST:s höga ljusinsamlingskraft. 

Upptäckten publicerades i tidskriften Nature Astronomy och det är det största antalet enskilda stjärnor som upptäckts i universum från denna tid. Upptäckten ger möjlighet att undersöka ett av universums största mysterier  mörk materia.

"Denna banbrytande upptäckt visar för första gången att det är möjligt att studera ett stort antal enskilda stjärnor i en avlägsen galax", beskriver Sun, en av studiens författare. – Tidigare studier med rymdteleskopet Hubble har resulterat i fyndet av troligen sju stjärnor (antalet inte bekräftat) långt därute men nu har vi förmågan att urskilja stjärnor som tidigare låg utanför vår förmåga i tid och rum att observera. Att observera fler enskilda stjärnor kommer att hjälpa oss att bättre förstå mörk materia i linsplanet i dessa galaxer och stjärnor vilket vi inte kunde med bara den handfull enskilda stjärnor som tidigare observerats på detta avstånd.

CfA:s Sun upptäckte denna hop av stjärnor när de inspekterade JWST-bilder av en galax som kallas Dragon Arc och som finns längs siktlinjen från jorden bakom en massiv galaxhop som kallas Abell 370. På grund av  gravitationslinseffekt sträcker Abell 370 ut Dragon Arcs signaturspiral till en långsträckt form  som liknar en sal av speglar av kosmiska proportioner.

Forskargruppen analyserade noggrant färgerna hos var och en av stjärnorna inuti Dragon Arc och fann att flera är röda superjättar, liknande Betelgeuse i stjärnbilden Orion som är i slutskedet av sin existens. Detta står i kontrast till tidigare upptäckter som främst identifierat blå "superjättar" liknande Rigel och Deneb. Stjärnor som är bland de ljusaste stjärnorna på natthimlen. Enligt forskarna belyser denna skillnad i stjärntyper också den unika kraften i JWST-observationer vid infraröda våglängder och som gör det möjligt att avslöja stjärnor med lägre temperaturer.

"När vi upptäckte de här stjärnorna letade vi i själva verket efter en bakgrundsgalax som kunde förstoras av någon galax grnom gravitationslinsning  i den här massiva stjärnhopen", beskriver Sun. – Men när vi bearbetade datan insåg vi att det fanns vad som verkade vara många enskilda stjärnpunkter. Det var ett spännande fynd eftersom det var första gången vi kunde se så många enskilda stjärnor så långt bort.

Sun är förväntansfull inför nästa tillfälle att studera dessa röda superjättar. – Vi vet nämligen i dag mer om röda superjättar i vårt lokala galaxområde eftersom vi kan ta bättre bilder och spektra och ibland till och med urskilja stjärnorna. Vi kan använda den kunskap vi har fått genom att studera röda superjättar i vår egen galax för att tolka vad som händer härnäst för de nu funna röda jättarna långt därute tack vara Webbteleskopet och gravitationslinsfenomenet.

Den felande länken till de första stjärnorna

 

Bild ESA  på Galaxen GS-NDG-9422

Genom att se in i det tidiga universum med NASA:s James Webb Space Telescope har astronomer hittat en galax med en udda ljussignatur som lyser starkare än galaxens stjärnor tillsammans skulle göra. Galaxen GS-NDG-9422 finns ungefär en miljard år efter bigbang och kan vara en felande länk i galaxers utveckling. Tiden mellan universums första stjärnor och galaxers bildande med stjärnor som dagens.

"Min första tanke när jag tittade på galaxens spektrum var 'något är konstigt', vilket är precis vad Webb-teleskopet var designat för att hitta: okända fenomen i det tidiga universum som ska hjälpa oss att förstå hur den kosmiska historien började", beskriver forskaren Alex Cameron vid University of Oxford.

Cameron tog kontakt med kollegan Harley Katz, som är teoretiker för att diskutera det märkliga fyndet. Genom att arbeta tillsammans fann  teamet  datormodeller av kosmiska gasmoln som värms upp av mycket heta massiva stjärnor i en sådan utsträckning att gasen lyste starkare än stjärnorna i en galax. Datamodellen blev nästan en perfekt matchning med Webbs observation.

"Det ser ut som att dessa stjärnor måste vara mycket varmare och mer massiva änr stjärnor är i det nutida universum, vilket är logiskt eftersom det tidiga universum var en mycket annorlunda miljö", beskriver Katz, vid Oxford och University of Chicago.

I dagens universum har typiska heta, massiva stjärnor en temperatur som sträcker sig mellan 40 000 till 50 000 grader Celsius. Enligt teamet har galax GS-NDG -9422 stjärnor som är varmare än 80 000 grader Celsius.

Forskargruppen misstänker att galaxen befinner sig mitt i en kort fas av intensiv stjärnbildning inuti ett moln av tät gas där det produceras ett stort antal massiva, heta stjärnor. Gasmolnet träffas av så många fotoner av ljus från stjärnorna så det lyser extremt starkt.

Förutom att det är nytt är det spännande med nebulosor (gasmoln) som lyser så starkt är det förutspått att miljön för universums första generation av stjärnor, som astronomer klassificerar som population III-stjärnor (bestående av nästan enbart väte och helium).

– Vi vet att den här galaxen inte har Population III-stjärnor, eftersom Webbs data visar för mer kemisk komplexitet. Dessa stjärnor är annorlunda än vad vi är bekanta med (från denna tid) de exotiska stjärnorna i den här galaxen kan vara en guide för att förstå hur galaxer övergick från urstjärnor till de typer av galaxer med stjärnor vi känner till av idag, beskriver Katz.

Vid det här laget är denna galax ett exempel på denna fas av galaxers utveckling, men det finns fortfarande många frågor att besvara. Är dessa förhållanden vanliga i galaxer vid den här tidsperioden, eller är de sällsynta? Vad mer kan de visa om ännu tidigare faser av galaxers utveckling? Cameron, Katz och deras forskarkollegor arbetar aktivt med att identifiera fler galaxer att lägga till denna population för att bättre förstå vad som hände i universum under den första miljarden år efter big bang.

Mycket verkar bekräfta att denna galax är en felande länk mellan de allra första stjärnorna som bestod av nästan enbart väte och helium och dagens stjärnor som uppkom efter supernovor och består av järn mfl metaller .

Superjordar söktes vid metallfattiga stjärnor

 

Bild wikipedia. Två tänkbara superjordar, med Jorden som jämförelse (till höger).

En superjord är en exoplanet (gasplanet) vars massa är större än Jordens, men mindre än solsystemets mindre gasjättar Uranus och Neptunus.

I en ny studie ger astronomer vid Ohio State University bevis på gränserna av hur och var  planeter  kan bildas och man har funnit att planeter som är större än jorden  har svårt för  att bildas i närheten av stjärnor med lågt metallinnehåll.

Med solen som baslinje kan astronomer mäta när en stjärna bildades genom att bestämma dess metallinnehåll eller nivån av tunga grundämnen som finns i solen. Metallrika stjärnor eller nebulosor bildades relativt nyligen, medan metallfattiga objekt  fanns under det tidiga universum.

Tidigare studier har visat ett svagt samband mellan metallinnehåll och planetbildning och man har noterat att när en stjärnas metallinnehåll minskar, minskar också planetbildning för vissa planetpopulationer, så kallade superjordar. Ändå är detta arbete det första som observerar och visar riktigheten i detta, att nuvarande teorier stämmer. Det är betydligt ovanligare att det bildas superjordar nära metallfattiga stjärnor än metallrika stjärnor vilket tyder på en strikt gräns för de förhållanden som krävs för att en sådan ska bildas, beskriver huvudförfattaren till studien  Kiersten Boley nybliven doktor i astronomi vid Ohio State University.

När stjärnor cirkulerar genom historien och åldras  och slutar som  supernovor bildas nya slag av metaller som berikar den omgivande rymden. Metaller som ex järn då bildas planeter som är metallrika som Jorden. Men även för stjärnor med lägre metallinnehåll trodde man allmänt att antalet planeter till viss del kunde bildas inom, beskriver Boley.

Andra studier har föreslagit att planetbildningen i Vintergatan borde börja när stjärnor finns mellan negativ metallinnehåll på 2,5 och minus 0,5 men hittills har den teorin varit obevisad.

För att testa denna teori utvecklade och sökte teamet igenom en katalog med 10 000 av de mest metallfattiga stjärnorna som observerats av NASA:s TESS-uppdrag (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Om det hade varit korrekt, skulle en extrapolering av kända trender för att söka efter små, kortperiodiska planeter runt ett område med 85 000 metallfattiga stjärnor ha lett dem till att upptäcka cirka 68 superjordar.

Förvånansvärt nog upptäckte forskarna i detta arbete inga alls, beskriver Boley.  Forskare sätter nu en tidsram under vilken metallinnehåll var för lågt för att planeter skulle kunna bildas vilken sträcker sig till ungefär halva universums ålder. Det innebär att superjordar inte bildades tidigt i universums historia. " Sju miljarder år bakåt i tiden är förmodligen den perfekta punkten där vi börjar se en början till superjordbildning", säger Boley.

Studien är publicerad i The Astronomical Journal.

De första stjärnorna och galaxerna bestod av nästan enbart väte och helium. När de åldrats och exploderat uppkom  fler metaller som blev grunden till nya slags stjärnor som vår sol ex. Det började nu bildas planeter av överbliven gas från tidigare stjärnors rester som innehöll järn mm. Vi ska komma ihåg att i kosmologin anses även helium och väte som metaller. Dessa två grundämnen var de som nästan var ensamma i tidens början och som de första metallfattiga stjärnorna bestod av.

Hubbleteleskopet zoomar in i galaxen Andromedas rosenröda slingor

 

Bild https://science.nasa.gov Forskare såg nyligen med hjälp av Hubbleteleskopet in i  Andromedas spiralarmar med syftet att analysera samlingen av stjärnhopar som är dolda i dessa. NASA, ESA, M. Boyer (Space Telescope Science Institute) och J. Dalcanton (University of Washington); Bildbehandling: Gladys Kober (NASA/Catholic University of America).

Stjärnhopar lyser upp det interstellära mediet (gasen mellan stjärnorna) i Andromedagalaxen vilken finns cirka 2,5 miljoner ljusår bort. Andromedagalaxen är Vintergatans närmast liggande större galax och en gång i en avlägsen framtid blir dessa galaxer en enda. Andromedia är på kollisionskurs mot oss eller tvärtom hur man vill se det. Denna sammanslagning sker om ca 2-4 miljarder år.  

Andromeda är likt Vintergatan en spiralgalax. Andromedas slingrande armar är en av dess mest anmärkningsvärda kännetecken. NASA:s rymdteleskop Hubble zoomade in dessa för att ta en närmare titt på en av dessa armar den i nordost och avslöjade då att delar i denna bestod av joniserad gas. Områden med gas –är vanliga i spiralgalaxer och oregelbundna galaxer och tyder ofta på att nya stjärnor bildas där.

Forskare vid Goddard Space Flight Center Maryland, undersökte Andromedas spiralarmar med hjälp av Hubbles Advanced Camera for Surveys (ACS) och Wide Field Camera 3 (WFC3) för att analysera samlingen av stjärnor som ligger dolda i dessa armar. Med ACS och WFC3:s breda spektrala täckning kunde Hubble kika in i gasen och observera ett urval av de stjärnor som finns där. Studien sträckte sig över ett stort antal stjärnor, vilket inte bara gav en tydlig bild av Andromedas stjärnhistoria och mångfald utan också gav mer kunskap om stjärnors bildning och utveckling överlag. Genom att undersöka dessa stjärnor i vårt lokala kosmiska grannskap kan forskare bättre förstå mer om de som finns i galaxer i det mer avlägsna universum.

I Vintergatans utkant finns uråldriga stjärnor.

 

Maskininlärning har kastat nytt ljus över vår Vintergatas bildningshistoria: i en överraskande upptäckt om utvecklingen av vår galax med hjälp av data från Gaia-uppdraget hittades ett stort antal gamla stjärnor i omloppsbanor som liknar vår sols. De fanns i Vintergatans tunna skiva redan mindre än 1 miljard år efter Big Bang, flera miljarder år tidigare än man tidigare trott. 

Vintergatan har en stor halo i form av en central utbuktning och en stavform bestående av en kraftig och en tunn skiva. De flesta stjärnor befinner sig i den så kallade tunna skivan i Vintergatan och följer en organiserad rotation runt Vintergatans centrum. Medelålders stjärnor som vår 4,6 miljarder år gamla sol finns i den tunna skivan som man allmänt anser började bildas för cirka 8 till 10 miljarder år sedan.

Att förstå hur Vintergatan bildades är ett viktigt mål i galaxarkeologi. För att uppnå detta behövs detaljerade kartor över galaxen som visar stjärnornas ålder, kemiska sammansättning och rörelser. Dessa kartor, kända som kronokemo-kinematiska kartor hjälper till att pussla ihop vår galax historia. Att skapa dessa detaljerade kartor är utmanande eftersom det kräver stora datamängder av stjärnor med känd ålder.

Ett vanligt tillvägagångssätt för att övervinna denna utmaning är att studera mycket metallfattiga stjärnor. Stjärnor av detta slag är gamla (de var de första stjärnorna) vilket ger ett fönster mot den tidiga Vintergatan. Mycket metallfattiga stjärnor är därför kända för att vara gamla eftersom de var bland de första stjärnorna som bildades när universum fortfarande till stor del bestod av väte och helium, innan många av de tyngre grundämnena skapades efter att de första stjärnor (vilka var kortlivade)  exploderade.

Med hjälp av data från Europeiska rymdorganisationen (ESA) Gaia Mission har ett internationellt forskarlag under ledning från  astronomer vid Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) studerat stjärnor i solens närhet, cirka 3200 ljusår från solen. De upptäckte ett förvånansvärt stort antal mycket gamla stjärnor Majoriteten av dessa är äldre än 10 miljarder år, några av dem till och med äldre än 13 miljarder år. Dessa uråldriga stjärnor uppvisar ett brett spektrum av metallsammansättningar en del är mycket metallfattiga (som väntat), medan andra har dubbelt så mycket metallinnehåll som vår mycket yngre sol, vilket tyder på att en snabb metallanrikning ägde rum i den tidiga fasen av Vintergatans utveckling.

– De här uråldriga stjärnorna i skivan tyder på att Vintergatans tunna skiva började bildas mycket tidigare än man tidigare trott, redan efter cirka 4-5 miljarder år efter BigBang, beskriver Samir Nepal vid AIP och huvudförfattare till studien. Studien visar även att vår galax hade en intensiv stjärnbildning under tidiga epoker vilket ledde till mycket snabb anrikning av metaller i de inre regionerna och bildandet av skivans stjärnor. Upptäckten stämmer överens med tidslinjen för hur Vintergatans skivor bildats med de galaxer som observerats av James Webb Space Telescope (JWST) och Atacama Large Millimeter Array (ALMA) Radio Telescope. Det tyder på att kalla skivor kan ha bildats och stabiliseras mycket tidigt i universums historia vilket ger nya insikter om galaxers utveckling.

– Vår studie tyder på att Vintergatans tunna skiva kan ha bildats mycket tidigare än vi trodde och att dess bildning är starkt relaterad till den tidiga kemiska anrikningen från de innersta delarna av vår galax, beskriver Cristina Chiappini. "Kombinationen av data från olika källor och tillämpningen av avancerad maskininlärningsteknik har gjort det möjligt för oss att öka antalet stjärnor med högkvalitativa stjärnparametrar, ett viktigt steg för att leda vårt team till nya kunskaper."

Resultaten möjliggjordes från den tredje publiceringen av data från Gaia-uppdraget (ett uppdrag där universums stjärnor kartläggs). Teamet analyserade stjärnparametrarna för mer än 800 000 stjärnor med hjälp av ny maskininlärningsmetod som kombinerar information från olika typer av data för att ge förbättrade stjärnparametrar med hög precision. Dessa exakta mätningar inkluderar gravitation, temperatur, metallinnehåll, avstånd, kinematik och stjärnornas ålder. I framtiden kommer en liknande maskininlärningsteknik att användas för att analysera miljontals spektra, som samlats in av kartläggningen 4MIDABLE-LR med 4-meters Multi-Object Spectroscopic Telescope (4MOST), med start 2025. 

Bild wikipedia. Illustration av Vintergatan som visar dess armar och solens placering (originalbilden från NASA).

En svärm små stjärnor svävar runt Sagittarius A* (det svarta hålet i centrum av Vintergatan).

 

För ungefär trettio år sedan upptäcktes högdynamiska stjärnor i omedelbar närhet av det supermassiva svarta hålet Sgr A* i Vintergatans centrum. Dessa stjärnor, även kända som S-stjärnor, sveper runt det supermassiva svarta hålet med hastigheter på flera tusen kilometer per sekund i en omloppsbana som tar  några år. Stjärnorna är förvånansvärt unga och deras närvaro förbryllande då man enligt populära teorier endast hade förväntat sig gamla och ljussvaga stjärnor i omedelbar närhet av det svarta hålet.

Observationer visar nu att de nyupptäckta unga stjärnobjekten (YSO ungt stjärnobjekt som betecknar en stjärna i dess tidiga utvecklingsstadium.) i omedelbar närhet av det supermassiva svarta hålet Sagittarius A* i mitten av vår galax beter sig annorlunda än väntat. De beskriver liknande banor som redan kända  utvecklade stjärnor och är arrangerade i ett eget mönster runt det svarta hålet. Studier har visat att Sgr A* får stjärnobjekten att inta vissa formationer på sin färd. Förutom S-stjärnorna har forskare  sett på ett dussintal objekt i omedelbar närhet av det supermassiva svarta hålet som åven de har liknande egenskaper.

De upptäckte att objekten var betydligt yngre än de redan kända höghastighetsstjärnorna. – Intressant nog uppvisar dessa YSO:er samma beteende som S-stjärnor (Stjärnor runt det supermassiva svarta hålet i Vintergatans galaxcentrum, associerade med radiokällan Sagittarius A). Det innebär att YSO:erna sveper runt det supermassiva svarta hålet med hastigheter på flera tusen kilometer per sekund på några år, beskriver Florian Peißker vid institutet för astrofysik vid Kölns universitet och korresponderande och författare till studien.

– S-stjärnorna visade sig vara förvånansvärt unga (därav beteckningen YSO young star objekt). Enligt konventionella teorier är så unga stjärnor fortfarande under bildning helt oväntad att finna här", tillade Dr Peißker.

Dessutom verkar denna grupp av höghastighetsobjekt som består av YSO- och S-stjärnor vid första anblicken likna en kaotisk bisvärm där de drar fram. Men på samma sätt som en bisvärm har ett mönster och regelbundna formationer har YSO:erna och S-stjärnorna det. På så sätt kunde forskarna visa att både YSO- och S-stjärnor är arrangerade på ett specifikt, organiserat sätt i ett tredimensionellt rum. Det betyder att det finns specifika stjärnkonstellationer (mönster i rörelse och gruppering) som de föredrar. (Spännande teori men var vi söker och vad vi söker efter i universum eller i mikrokosmos finner vi mönster tänk bara på snöflingans kristallmönster)

 Fördelningen av båda stjärnvarianterna sveper fram i en skivliknande formation vilket ger intrycket av att det supermassiva svarta hålet tvingar stjärnorna att inta en organiserad omloppsbana (troligast genom sin starka dragningskraft i form av gravitation) , beskriver Peißker. Skillnaden mellan S-stjärnor och YSO-stjärnor är att Begreppet S-stjärnor innefattar alla åldrar av stjärnor som sveper i området vid det svarta hålet medan YSO-stjärnor är de stjärnor som är mycket unga eller till och med under bildning.

Studien av fenomenet ovan har fått titeln "Young Stellar Objects in the S-cluster: The Kinematic Analysis of a Sub-population of the Low-mass G-objects close to Sgr A*" och har publicerats i Astronomy & Astrophysics. Forskare från universitetet i Köln, Masaryk-universitetet i Brno (Tjeckien), Karlsuniversitetet i Prag (Tjeckien), Tjeckiens vetenskapsakademi och Max Planck-institutet för radioastronomi i Bonn deltog i studien.

Bild vikipedia (engelska) Sagittarius A* avbildad av Event Horizon Telescope, med linjer överlagrade för att markera orienteringen av magnetfältets polarisation.

Skillnad av uppbyggnad i stjärnor i ett dubbelstjärnsystem

 

En dubbelstjärna eller binärt stjärnsystem är ett stjärnsystem som består av två stjärnor i stället för en enda som i vårt eget solsystem. Dubbelstjärnorna kretsar kring samma tyngdpunkt.

85 % av stjärnorna därute ingår i dubbelstjärnsystem (eller tre-fyrstjärnsystem) enligt nuvarande uppskattningar. Stjärnpar utvecklas tillsammans ur samma molekylmoln av de material som finns i detta. Astronomer förväntar sig därför att systemen(stjärnorna) har nästan identiska sammansättningar och så även deras planetsystem. Men i många system är det inte så. Föreslagna förklaringar till dessa olikheter är händelser som inträffade efter att stjärnorna utvecklats. Men nu har ett team av astronomer för första gången bekräftat att de faktiskt kan härstamma från tiden innan stjärnorna ens började bildas.

Teamet leddes av Carlos Saffe vid Institute of Astronomical, Earth and Space Sciences (ICATE-CONICET) i Argentina där teleskopet Gemini South i Chile användes och ena halvan av International Gemini Observatory, delvis finansierat av U.S. National Science Foundation som drivsav NSF NOIRLab. Med den nya, exakta Gemini High Resolution Optical SpecTrograph (GHOST) studerade teamet olika våglängder av ljus, (spektra) som avgavs från ett par jättestjärnor (binära) vilket avslöjade signifikanta skillnader i deras kemiska sammansättning.

Tidigare studier har föreslagit tre möjliga förklaringar till kemiska skillnader mellan stjärnor i ett dubbelstjärnsystem. Två förklaringar involverar processer som skulle inträffat långt senare i stjärnornas utveckling: atomic diffusion eller sedimentering av kemiska grundämnen i gradientskikt (förändringar i skiktet) beroende på varje stjärnas temperatur och ytgravitation; eller uppslukandet av en liten, stenig planet, vilket skulle introducera kemiska variationer i en stjärnas sammansättning.

Den tredje möjliga förklaringen går tillbaka till själva stjärnbildningen vilket tyder på att skillnaderna härstammar från ursprungliga områden med olikhet i molekylmolnet vari de bildades. Enkelt uttryckt, om molekylmolnet har en ojämn fördelning av kemiska grundämnen, kommer stjärnor som bildas i det molnet att ha olika sammansättningar beroende på vilka grundämnen som fanns tillgängliga på den plats där var och en av stjärnorna bildades. Hittills har studier kommit fram till att alla tre förklaringarna är troliga.

Nuvarande studie som med hjälp av de precisionsmätningar från ex GHOST-instrumentet samlar nu Gemini South nu in vilket innebär observationer av stjärnor i slutet av sin existens för att avslöja den miljö de kom till i, beskriver Martin Still, NSF:s programchef för International Gemini Observatory.  Detta ger oss möjlighet att utforska hur de förhållanden under vilka stjärnor bildas kan påverka hela deras fortsatta existens under miljoner eller miljarder år, tillägger han.

Tre konsekvenser av denna studie är av särskild betydelse. För det första ger dessa resultat en förklaring till varför astronomer ser dubbelstjärnor med så olika planetsystem. "Olika planetsystem kan betyda mycket olika planeter – steniga, jordliknande, isjättar, gasjättar – som kretsar kring sina stjärnor på olika avstånd och där potentialen att stödja liv kan vara mycket olika", beskriver Saffe.

För det andra utgör dessa resultat en avgörande utmaning för konceptet kemiskt innehåll – att använda kemisk sammansättning för att identifiera stjärnor som kommit från samma miljö eller stjärnmiljö – genom att visa att stjärnor med olika kemisk sammansättning kan ha samma ursprung (men inte behöver ha det).

Slutligen kommer observerade skillnader som tidigare tillskrivits nedslag av planeter på en stjärnas yta att behöva granskas eftersom de nu kan ses som att skillnaden har funnits där från stjärnans bildande.

Då det gäller att stjärnor kan bildades i gasmoln men ändå vara olikt uppbyggda är det inte konstigt, se på nebulosor dessa är inte kemiskt välblandade (påstår jag).

Bild vikipedia. Animation av ett binärt stjärnsystem som visar överföring av massa mellan stjärnorna.

Varför stjärnorna i galaxer av hög ålder rör sig kaotiskt

 

Ett internationellt forskarlag under ledning från det australiska forskningscentret ASTRO 3D rapporterar att galaxers ålder förändrar hur stjärnorna rör sig i dessa.

Unga galaxer kännetecknas av att stjärnorna i dessa roterar i ett ordnat mönster. Med undantag av att en mindre del av dem som rör sig mer slumpmässigt. Medan stjärnor i äldre galaxer rör sig mer kaotiskt. Fram tills nu har forskare varit osäkra på vad som orsakar rörelse och åldersförändring i galaxer. De har diskuterat om det kan vara den omgivande miljön eller galaxens massa som är anledningen.

"När vi gjorde analysen fann vi att ålder  hur vi än undersöker med skilda parametrar är den viktigaste anledningen", beskriver huvudförfattaren till studien Prof Scott Croom, en ASTRO 3D-forskare vid University of Sydney och tillägger. ”När man tar hänsyn till ålder finns det i princip ingen miljötrend, och det är likadant för massa (som påverkar lika mycket). Om du hittar en ung galax kommer den att rotera, oavsett vilken miljö den befinner sig i och om du hittar en gammal galax kommer den att ha fler slumpmässiga banor, oavsett om den finns i en tät miljö av damm och gas eller i ett tomrum."

I unga galaxer sker stor stjärnbildning (här finns mycket råmaterial för detta i form av gas och damm) medan stjärnbildningen upphör i de äldre galaxerna (här finns mindre av damm och gas men många stjärnor).

– Vi vet att åldern påverkar miljön. Om en galax faller in i en tät miljö (av stjärnor) tenderar den att stänga av stjärnbildningen (här finns många stjärnor men inte så mycket gas och damm för stjärnbildning). Galaxer i stjärnrika miljöer är i genomsnitt äldre, beskriver van de Sande.

Vintergatan, har fortfarande en tunn stjärnbildande skiva, så den anses fortfarande vara en rotationsgalax med högt spinn.

– Men när vi ser på Vintergatan i detalj ser vi något som kallas Vintergatans tjocka skiva. Den är inte dominerande när det gäller ljus men den finns där och det ser ut att vara äldre stjärnor här som mycket väl kan ha värmts upp i den tunna stjärnrika skivan vid tidigare tidpunkter eller uppstått av hög turbulent rörelse i det tidiga universum, beskriver professor Croom.

Studien publicerades i dagarna i MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society). I studien beskrivs att stjärnornas tendens att ha slumpmässiga rörelser främst beror på galaxens ålder vilket ger slumpartade stjärnrörelser (vanligare i äldre  galaxer ).

 I forskargruppen ingick även forskare från Macquarie University, Swinburne University of Technology, University of Western Australia, Australian National University, University of New South Wales, University of Cambridge, University of Queensland och Yonsei University i Sydkorea.

Forskarna använde data från observationer som gjorts inom ramen för SAMI Galaxy Survey. SAMI-instrumentet vilket byggdes 2012 av University of Sydney och Anglo-Australian Observatory (numera Astralis). SAMI använder Anglo-Australian Telescope vid Siding Spring Observatory, nära Coonabarabran, New South Wales. Den har kartlagt 3000 galaxer i ett stort antal miljöer.

(Förslagsvis kanske man skulle undersöka om rörelseökningen av stjärnor i äldre galaxer kan bero på att här inte finns så mycket materia för stjärnbildning och detta tomrum accelererar stjärnors rörelse i tomrummet. Ingen gravitation från detta material bromsar längre stjärnors rörelser. Istället får det stjärnrika men mellan dessa stjärnor tomrummet och bristen på gas och damm gravitationen från skilda stjärnor stjärnor att röra sig kaosartat)

Bild https://astro3d.org.au/ som visar jämförelse mellan en ung (överst) och gammal (nederst) galax som observerats som en del av SAMI Galaxy Survey. Subaru-källa: Bild från Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program

Hur svarta hål växer och nya stjärnor bildas

 

När supermassiva svarta hål är aktiva har de en avgörande roll för hur galaxer utvecklas. Fram tills nu har man ansett att tillväxten utlöses av den våldsamma kollisionen mellan två galaxer som smälter samman. Men ny forskning ledd från University of Bath tyder på att galaxsammanslagningar inte räcker för att driva ett svart hål – en reservoar av kall gas i mitten av galaxen behövs också.

Den nya studien, som publicerats i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, tros vara den första som beskriver användning av AI  för att klassificera galaxkollisioner med det specifika syftet att utforska förhållandet mellan galaxkollision, supermassiv ansamling av svarta hål och stjärnbildning.

Hittills har koncentrationer av svarta hål klassificerats (ofta felaktigt) enbart genom mänsklig observation. Under större delen av sin tid är svarta hål icke aktiva fast materia kretsar runt dem. Materia som har liten inverkan på galaxen som helhet. Men under korta faser i tid (korta endast på en astronomisk skala troligen varar de miljoner till hundratals miljoner år) sker stark gravitation som drar stora mängder gas till det svarta hålet (en händelse som kallas ackretion), vilket resulterar i en ljusstark skiva som i ljusstyrka kan överglänsa galaxen.

Det är dessa korta aktivitetsfaser som är viktigast i galaxers utveckling, eftersom de enorma mängder energi som frigörs från ackretionsskivan kan påverka att många stjärnor bildas i galaxen. Av goda skäl är därför en av de största utmaningarna inom astrofysiken att fastställa vad som får en galax att röra sig mellan sina två tillstånd – vilande och stjärnbildande.

Bild https://freerangestock.com/

Pärlband av stjärnor

 

NASA:s rymdteleskop Hubble har haft teleskopet riktat mot 12 interagerande galaxer som har långa, grodyngelliknande tidvattensvansar av gas, stoft och där finns en uppsjö av stjärnor. Genom Hubbleteleskopets skärpa och känslighet för ultraviolett ljus har avslöjats 425 hopar av nya stjärnor längs dessa svansar, som  liknar strängar av ljus. Varje stjärnhop innehåller så många som 1 miljon blå, nya stjärnor.

Kluster av stjärnor i tidvattensvansar har varit kända i årtionden. När galaxer växelverkar drar gravitationens tidvattenkrafter ut långa strömmar av gas och stoft.

Ett team av astronomer använde en kombination av nya observationer och arkivdata för att få fram åldrar och ett antal tidvattensvansstjärnhopar. De fann att dessa hopar av stjärnor är mycket unga endast 10 miljoner år gamla. Och de verkar bildas i samma takt längs svansarna (bestående av gas och stoft)  som sträcker ut sig tusentals ljusår.

– Det är en överraskning att se de unga stjärnorna i svansarna. Det säger oss en hel del om hur effektiv klusterbildning är, beskriver huvudförfattaren till studien Michael Rodruck Randolph-Macon högskola i Ashland, Virginia.

Svansarna ser ut som en galax spiralarm som sträcks ut i rymden. Den yttre delen av armen dras samman av gravitationen  mellan ett par interagerande galaxer.

Före sammanslagningarna var galaxerna rika på stoftmoln av molekylärt väte som helt enkelt kan ha förblivit inerta. Men då molnen knuffades och stötte i varandra under mötena komprimerades vätet till en punkt där det utlöste en storm av stjärnfödelse i de då bildade svansarna.

Ödet för dessa utsträckta stjärnhopar är osäkert. De kan förbli gravitationellt intakta och utvecklas till klotformiga stjärnhopar – liknande de som kretsar utanför Vintergatans plan (ex stora och lilla Magellanska molnet). Eller kan de skingras för att bilda en halo av stjärnor runt sin värdgalax eller kastas ut för att bli vandrande intergalaktiska stjärnor.

Rymdteleskopet Hubble är ett internationellt samarbetsprojekt mellan NASA och ESA. NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, förvaltar teleskopet. Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, Maryland, bedriver analys av Hubble- och Webbtelskopets insamlade bildmaterial . STScI drivs för NASA av Association of Universities for Research in Astronomy, i Washington, D.C.

Bild https://hubblesite.org/ Galaxen AM 1054-325.