Varför snurrar stjärnor neråt eller uppåt (inåt eller utåt i stjärnkroppen) och i mindre hastighet ju äldre de är?

 

Bild https://www.kyoto-u.ac.jp  Illustration av de inre regionerna av en massiv stjärna under dess slutliga syre- (gröna) och kisel- (grönblå) skalförbränningsfas, innan järnkärnans kollaps (indigo). Styrkan och geometrin hos magnetfältet, i kombination med konvektionens egenskaper i syreregionen, kan få rotationshastigheten att öka eller sakta ner. (KyotoU / Lucy McNeill)

Solens totala rörelsemängdsmoment har minskat då material gradvis blåses bort från ytan (solvind). Genom att observera detta har astronomer teoretiserat att samspelet mellan magnetfält och plasmaflöde är det mest effektiva sättet att stjärnor ska börja snurra.

Varför och hur detta sker har länge intresserat astronomer, och nyligen har en observationsteknik kallad astroseismologi, vilken mäter en stjärnas naturliga svängningsfrekvenser gjort det möjligt att mäta interna rotationshastigheter och magnetfält av stjärnor i vår galax. Från denna enorma population av stjärnor har en bild av hur stjärnrotation minskar med stjärnors ålder framtagits. En bild som tyder på att nuvarande teori inte räcker för att förklara den dramatiska minskningen av rotationen.

Fascinerade av astroseismologin och andra forskares 3D-simuleringar av solens konvektiva zon inspirerades ett forskarteam vid Kyoto University att undersöka hur magnetfält påverkar rotationen inuti massiva stjärnor.

"Våra medförfattare till studien i Australien och Storbritannien har redan utfört 3D-magnetohydrodynamiska simuleringar för massiva stjärnor före en stjärnas sista tid den så kallade kärnkollapsen. Vi misstänkte att flödet inne i den massiva stjärnans konvektiva zon kan utvecklas analogt med solens konvektiva zon," beskriver teamledaren Ryota Shimada.

Med en 3D-simulering av en massiv stjärna kunde forskarna direkt undersöka det komplexa samspelet mellan våldsam konvektion, rotation och magnetfält. De bekräftade att den inre rotationen och magnetfältet samevolverar likt soldynamon: energiprocessen som upprätthåller vår sols magnetfält. Med dessa ekvationer i handen kunde teamet matematiskt förutsäga stjärnans inre rotation i tid.

Deras simulering visar att hastigheten och riktningen på konvektiva rörelser påverkades av rotation och magnetfält över korta tidsskalor vilket i sin tur ändrar rotationen och får den att snurra ner eller i vissa fall uppåt i stjärnmassan. Teamet kunde formulera interaktionen mellan konvektion, rotation och magnetfält som en modell för radiell transport av rörelsemängdsmoment utåt och inåt, och visade att denna transport i senare bränningsfaser är direkt relaterad till magnetfältets geometri.

"Vi blev förvånade över att upptäcka att vissa konfigurationer av magnetfälten faktiskt snurrar upp kärnan, vilket tyder på att den slutliga rotationshastigheten kommer att vara unik för stjärnans egenskaper," beskriver medförfattaren Lucy McNeill. "Långsam rotation kan till och med vara omöjlig  i vissa klasser av massiva stjärnor."

Deras upptäckt av magnetisk rörelsemängdsmoment under avancerade förbränningsfaser tyder på att teorin som utvecklats för att beskriva rotation i stjärnor  av skilda slag kan vara universell. Nu planerar teamet att skapa simuleringar av stjärnevolutionen som visar hela livslängden för olika låg till högmassstjärnor för att förutsäga deras rotationshastigheter under olika evolutionära stadier.

Forskningsrapporten är publicerad och kan läsas från nedanstående länk. Ryota Shimada, Lucy O. McNeill, Vishnu Varma, Keiichi Maeda, Takaaki Yokoyama, Bernhard Müller (2026). Angular Momentum Transport in the Convection Zone of a 3D MHD Simulation of a Rapidly Rotating Core-collapse Progenitor. The Astrophysical Journal. 

Hubbleteleskopet upptäcker unga stjärnor i Trifidnebulosan

 

Bild https://science.nasa.gov  NASA firar Hubbletelekopets 36-årsjubileum med en ny bild av Trifidnebulosan. Ett stjärnbildande område som teleskopet  tog en bild på första gången 1997. Teleskopet utnyttjade nästan hela sin operativa livslängd för att visa oss förändringar i nebulosan på mänskliga tidsskalor med en nu förbättrad kamera. NASA, ESA, STScI; Bildbehandling: Joseph DePasquale (STScI)

Hubbles bild på Trifidnebulosan (även känd som Messier 20 eller M20) fokuserar på ett "huvud" och en böljande "kropp" bestående av ett rostfärgat moln av gas och damm som liknar en marin havscitron, eller havssnigel, som ser ut att glida genom kosmos.

Kosmiska havslemons vänstra "horn" är en del av Herbig-Haro 399, en plasmastråle som periodiskt skjuts ut under århundraden av en ung protostjärna inbäddad i havscitronens huvud. Förändringar, som visas i videon nedan, gör det möjligt för forskare att mäta utflödeshastigheterna och avgöra hur mycket energi protostjärnan injicerar i dessa områden. Dessa mätningar kommer att ge insikter i hur nybildade stjärnor interagerar med sin omgivning. Längst ner till höger finns bevis på motströmmen: taggiga orange och röda linjer som "löper" ner längs baksidan av sjöcitronens nacke, där ett naturligt V syns i det bruna dammet.

Det mörkare, mer triangulära "hornet" till höger om "huvudet" hyser en annan ung stjärna i spetsen med en  svaglysande röd prick med en liten stråle. Den gröna bågen ovanför kan vara  en cirkumstellär skiva som  eroderas av det intensiva ultravioletta ljuset från närliggande massiva stjärnor. Det klarare området runt denna protostjärna antyder att den nästan är färdigt bildad.

Omedelbart till vänster om Cosmic Sea Lemon finns en liten, svag pelare som liknar en vattenbjörn. Mycket av denna pelares gas och damm har blåsts bort medan det tätaste materialet högst upp finns kvar.

Streck och skarpa linjer ger fler ledtrådar om andra unga stjärnors aktiviteter här. Se ett exempel genom att titta nära mitten efter en vågig vinklad linje som börjar i en klar orange kulör och slutar i en flammande röd färg. I bilden verkar den röra sig, vilket betyder att det kan vara en jetstråle som skjuts ut av en annan aktivt bildande stjärna som är djupt höljd i damm. I Hubbles observationer av synligt ljus är den klaraste vyn uppe till vänster blåare. Starkt ultraviolett ljus från massiva stjärnor, som inte är i synfältet tog bort elektroner från närliggande gas och skapade ett sken med vindar som skulpterade en bubbla genom att rensa bort omgivande damm.

På toppen nebulosans huvud strömmar ljusgul gas uppåt. Detta är ett exempel på ultraviolett ljus som plöjer in i det mörkbruna dammet och sliter bort och demonterar gasen och dammet.

Många av dessa åsar och sluttningar av mörkbrunt material kommer att finnas kvar i några miljoner år, medan stjärnornas ultravioletta ljus långsamt drar till sig gasen. De gastätaste områdena är platser för protostjärnor  dolda i synligt ljus.

Det högra hörnet av nebulosan är nästan kolsvart. Det är här dammet är som tätast. Stjärnorna som ses här är en troligen inte en del av denna stjärnbildande region utan kan finnas närmare oss, i förgrunden.

Under miljontals år kommer nebulosans gas och damm att försvinna  endast stjärnor kommer att finnas kvar.

Fyndet av en av universums äldsta stjärnor

 

Bild https://www.sdss.org  av vår Vintergata med positionen för den forntida immigrantstjärnan (SDSS J0715-7334) markerad ovan med en stjärnsymbol. Den solida röda linjen visar den väg den uråldriga immigranten  tagit genom vårVintergatan. Den streckade blå linjen visar den väg som förväntas för en stjärna född i det stora Magellanska molnet. Bildkredit: Vedant Chandra och SDSS-samarbetetBakgrund ESA/Gaia bild, A. Moitinho, A. F. Silva, M. Barros, C. Barata, University of Lisbon; H. Savietto, Fork Research, under en Creative Commons-licens CC BY‐SA 3.0 IGO.

De tio studenterna hittade stjärnan som en del i sin "Field Course in Astrophysics"-kurs vid University of Chicago under ledning av professor Alex Ji, biträdande projektforskare för SDSS-V, samt forskarassistenterna Hillary Andales och Pierre Thibodeaux.

SDSS, ett internationellt samarbete mellan över 75 vetenskapliga institutioner världen över de senaste 25 år med  åtagande att göra data från sina undersökning offentligt tillgängliga och allmänt användbara för alla. I sin senaste fas användes robotar för att snabbt samla in spektra från miljontals objekt över himlen med målet att förbättra vår förståelse av hur stjärnor, svarta hål och galaxer växer och utvecklas över kosmisk tid.

I professor Jis klass är SDSS inbäddat i läroplanen. Studenterna tillbringade de första veckorna med att gå igenom data från den senaste fasen av SDSS och leta efter intressanta stjärnor. Efter att ha undersökt flera tusen stjärnor valde de ut en lista på 77 st för vidare observation under en fältresa till Las Campanas Observatory.

De tillbringade sedan sitt vårlov vid Carnegie Sciences Las Campanas-observatorium i Chile där de använde Magellan Inamori Kyocera Echelle (MIKE)-instrumentet på Magellanteleskopen. Natten den 21 mars 2025 var deras första natt vid teleskopet. Den andra stjärnan de observerade, kallad SDSSJ0715-7334 och den visade sig vara den som motiverade resan.

"Vi hittade den första natten, och den förändrade helt vår plan," beskriver Ji.

Planen var från början att observera varje stjärna av de 77 i tio minuter. Men andra natten observerade eleverna SDSSJ0715-7334 i tre timmar. "Jag tittade i den där kameran hela natten för att försäkra mig om att den fungerade," beskriver Natalie Orrantia, en av studenterna som gjorde upptäckten. Stjärnan visade sig vara den mest opåverkade över tid som någonsin upptäckts och bestod av nästan helt och hållet av väte och helium.

Denna sammansättning tyder på att det är en av de äldsta stjärnor som någonsin setts. Analysen av dess bana visar att den bildades i det stora Magellanska molnet och migrerade in i Vintergatan för miljarder år sedan. Dessa två fakta fick Alex Ji, studenternas professor vid University of Chicago att kalla stjärnan för en "uråldrig invandrare."

"Denna uråldriga invandrare ger oss en aldrig tidigare skådad inblick i förhållandena i det tidiga universum," beskriver  Ji. "Big data-projekt som SDSS gör det möjligt för studenter att direkt engagera sig i dessa viktiga upptäckter."Finansiering för Sloan Digital Sky Survey V  har tillhandahållits av Alfred P. Sloan Foundation, Heising-Simons Foundation, National Science Foundation och de deltagande institutionerna. SDSS tackar för stöd och resurser från Center for High-Performance Computing vid University of Utah. SDSS-teleskopen är belägna vid Apache Point Observatory, finansierat av Astrophysical Research Consortium och drivs av New Mexico State University, samt vid Las Campanas Observatory, som drivs av Carnegie Institution for Science. SDSS:s webbplats är www.sdss.org

En nytt slag av stjärnor har hittats därute.

Om ungefär fem till åtta miljarder år förväntas vår sol utvecklas till en vit dvärgstjärna. Innebärande en extremt tät i jordens storlek stjärnrest som hargjort slut på sitt bränsle och som mist sitt yttre lager. Vår sol är en ensam stjärna men forskning under de senaste 15 åren visar att binära eller flerstjärniga system är mycket vanligare än ensamstjärnor. När en tät och kompakt rest, som en vit dvärg, är involverad i ett binärt system, rycker den ofta bort' material från sin följeslagarstjärna. Denna process, kallad "ackretion", (materia och gas som rykts bort) och avger vanligtvis röntgenstrålar. 

Nu bekräftar forskaren Ilaria Caiazzos  biträdande professor vid Institute of Science and Technology Austria (ISTA)  i Österrike  (tillsammans med sina gruppmedlemmar) upptäckten av en röntgensignal i inte bara ett utan två isolerade objekt som fått beteckningarna Gandalf och Moon-Sized. Dessa objekt är starkt magnetiska och snabbt roterande sammansmältningsrester eftersom de båda bildades som ett resultat av en våldsam kosmisk kollision. Genom att avge röntgenstrålar och i avsaknad av en följeslagare bildar de nu en ny klass för sig själva. Forskarteamet föreslår flera scenarier för att förklara sina fynd särskilt då källan till röntgenstrålarna.

I det första scenariot skulle en starkt magnetiserad stjärna kunna rotera tillräckligt snabbt för att ge en kraftfull kraft som extraherar (kastar ut eget material) material från sig själv. Det här är mitt favoritscenario eftersom det bara tar hänsyn till den vita dvärgstjärnan själv snarare än material som kommer utifrån stjärnresterna," beskriver Aayush Desai, doktorand i Caiazzo-gruppen. Enligt teamet är detta så kallade utflödesscenario känt från starkt magnetiserade neutronstjärnor kallade "pulsarer", även om det aldrig har tänkts ske  i en vit dvärgstjärna-rest.

I deras andra scenario  utgås från ett "inflöde" av material från överblivet av material och gas från sammanslagningshändelsen kanske inte helt drogs tillbaks  ner i stjärnresterna efter explosionen. Istället kretade detta i en återkommande bana  runt sammanslagningsresterna med hög excentricitet vilket innebär att den rör sig bort över en stor bana, långt från stjärnan, innan den återvänder då till viss del faller tillbaka' på resterna under hundratals miljoner år och flertal banrundor.

I deras tredje scenario utforskar teamet en annan källa till "inflöde" av externt material. "Vi vet att en tredjedel av vita dvärgstjärmot är 'förorenade'," beskriver Desai. "De är så täta att vi skulle förvänta oss att yttre material, som asteroider eller till och med  planeter som kommer för nära dem  kollapsar över dem." Även om Gandalf visar vissa tecken på föroreningar möjligen av kol- eller kiselrika material, upptäckte teamet inte sådana signaler från den betydligt äldre Moon-Sized. "Detta scenario verkar mindre sannolikt, eftersom det inte helt förklarar varför vi ser röntgenstrålarna i båda objekten just nu," förklarar Desai. Även om teamet har avslöjat viktiga insikter om Moon-Sized och Gandalf, behövs ytterligare forskning för att förstå hur dessa stjärnor kan påverka eller ha påverkat deras eventuella deras planetsystem.

"Dessa två objekt vi identifierat hittills har många likheter men också skillnader," förklarar Desai. "Att hitta fler sådana stjärnrester hjälper oss att utesluta scenarier och kanske hitta helt andra förklaringar."

För tillfället återstår utmaningen att avgöra om någon av de överlappande parametrarna är avgörande för att tillhöra denna troligen nya klass av stjärnor.

Två forskarstudier kan läsas här nedan om fenomenet.

Andrei A. Cristea, Ilaria Caiazzo, m.fl. 2026. A half ring of ionized circumstellar material trapped in the magnetosphere of a white dwarf merger remnant. Astronomy & Astrophysics. DOI:10.1051/0004-6361/202556432  

Aayush Desai, Ilaria Caiazzo, m.fl. 2025. Magnetic Atmospheres and Circumstellar Interaction in J1901+1458: Revisiting the Most Compact White Dwarf Merger Remnant in the light of new UV and X-ray data. arXiv. DOI: 10.48550/arXiv.2509.03216  

Stjärnors snurrande magnetfält och dess följd.

 

Bild https://pixnio.com/ vår stjärna solen.

Forskare vid Nagoya University i Japan har genomfört den mest detaljerade simuleringen av stjärnors inre och motbevisat en teori som forskare trott på i 45 år: att stjärnors magnetfält  byter rotationsmönster när de åldras. Man har ansett att rotationen vid polerna sker snabbare än vid ekvatorn hos äldre stjärnor. Forskare har nu funnit att denna förändring eventuellt inte sker. Stjärnor upprätthåller sin rotation som sker snabbt vid ekvatorn och långsamt vid polerna under hela sin livstid.

Forskarna använde Fugaku, Japans mest kraftfulla superdator tilla att simulera insidan av stjärnor med extremt hög upplösning. De delade in varje simulerad stjärna i 5,4 miljarder rutnätspunkter.

Eftersom tidigare simuleringar genomfördes med låg upplösning försvann magnetfält artificiellt och deras roll i stjärnrotationsmönster ansågs obetydlig. I denna nya studie med högupplöst simulering förblev magnetfälten starka och visade inget rotationsskifte.

Simuleringarna visade också att stjärnors magnetfält försvagas kontinuerligt under hela deras livstid utan någon återhämtning i hög ålder genom att polernas magnetfält roterade plötsligt i högre hastighet än magnetfältet vid ekvatorn. Tidigare studier förutspådde att magnetfälten skulle förstärkas igen när rotationsmönstret bytte riktning. Astronomer har förutspått genom teoretiska simuleringar antisolrotation i långsamt roterande stjärnor i simuleringar men  upptäckte det aldrig i observationer. Observationstekniker hade betydande begränsningar och frågan förblev obesvarad.

Forskaren och medförfattaren Yoshiki Hatta till studien (nedan) fbeskriver hur de nya simuleringarna löste detta problem. "Simuleringen kan återskapa solens observerade rotationsmönster nästan perfekt. När vi applicerar den på långsammare roterande stjärnor stämmer den också överens med astronomiska observationer och visar ingen antisolrotation."

Denna korrigerade förståelse av stjärnors inre kan hjälpa forskare att lösa stjärnmysterier som solens elvaåriga solfläckscykel och förutsäga hur magnetisk aktivitet påverkar planeters möjligheter att hysa livsformer under miljarder år. Det skulle också kunna förbättra stjärnutvecklingsmodeller och hjälpa astronomer att tolka observationer av avlägsna stjärnor.

Superdatorn FUGAKU som användes är installerad vid RIKEN, en nationell forsknings- och utvecklingsmyndighet, i Kobe, Japan. Den har varit i delad användning sedan mars 2021 och har uppnått världsledande prestanda inom flera internationella benchmarktester.

Resultaten av studien publicerades i Nature astronomy. 

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).