ALMA-teleskopet avslöjar ursprunget till en stjärnexplosion i en galax för 11 miljarder år sedan

 

Bild https://www.almaobservatory.org  visar infografik på hur gravitationslinsning fungerar då en mycket massiv förgrundsgalax böjer rumtiden och fungerar som ett kosmiskt förstoringsglas som förstorar och förvränger bilden av en mer avlägsen galax bakom sig.

Astronomer som använt Atacama Large Millimeter/submillimeter Array i Chile (ALMA) har avslöjat den dolda strukturen hos en intensivt stjärnbildande galax som den såg ut för nästan 11 miljarder år sedan. Galaxen finns på samma splats som en högenergineutrino upptäcktes komma från av Icecube Neutrino Observatory på Antarktis. Galaxen den  sannolikt mest elektromagnetiska  som hittills identifierats av händelser som denna.

Galaxen har namnet JCMT0402−0424 och har smeknamnet "Shadow Blaster". Den är  dold av damm och nästan osynlig vid optiska våglängder. ALMA-observationer visade att dess ljus har förstärkts och förvrängts av gravitationen från en massiv förgrundsgalax, vilket delat upp den i fyra separata bilder. Genom att kombinera ALMAs högupplösta data med gravitationslinsning rekonstruerade forskarteamet galaxens verkliga struktur och undersökte den täta gas som drev dess stjärnexplosion.

Neutriner är elektriskt neutrala elementarpartiklar som endast svagt interagerar med materia. De kan färdas genom gas, damm och magnetfält nästan oförändrade och bär information direkt från några av universums mest energirika miljöer.

Den 22 september 2021 upptäckte IceCube  som finns djupt inbäddad i den antarktiska isen en högenergi-neutrinohändelse betecknad IC 210922A, med en uppskattad energi på ungefär 750 teraelektronvolt, långt över vad de flesta kända astronomiska processer kan producera. Teleskop runt om i världen sökte i neutrinos lokaliseringsområde över spektrumet men fann ingen övertygande gammastrålning, röntgen eller optisk transient som kunde förklara händelsen.

Uppföljande observationer med James Clerk Maxwell-teleskopet på Hawaii visade en exceptionellt ljusstark submillimeterkälla i området. ALMA tillhandahöll sedan den upplösning och spektrala detaljrikedom som behövdes för att bestämma dess fysiska natur. Teamet uppskattar chansen att slumpmässigt hitta en så ovanligt ljusstark submillimetergalax inom IceCube-lokaliseringsområdet till ungefär 1 % eller lägre. 

ALMA observerade Shadow Blaster i band 3, 4 och 5. Dess högst upplösta kontinuumdata delade upp källan i fyra distinkta bilder arrangerade runt en elliptisk galax i förgrunden – kännetecknet för stark gravitationslinsning, där förgrundsgalaxens gravitation böjer och förstärker ljuset från den mycket mer avlägsna bakgrundskällan, och fungerar som ett naturligt kosmiskt teleskop.

Genom att använda de fyra linsade bilderna tillsammans med optiska och infraröda data från förgrundsgalaxen modellerade teamet linseffekten och rekonstruerade Shadow Blasterns (den avlägsna nästan dolda galaxen kallas så) inneboende utseende. Rekonstruktionen avslöjade ett utsträckt stjärnbildningsområde ungefär 1 700 ljusår i diameter. Förstoringen från linsning gjorde det möjligt för ALMA att lösa rumsliga skalor som annars hade varit extremt svåra att studera på detta avstånd.

ALMA upptäckte flera emissionslinjer från kolmonoxid och neutralt atomärt kol, vilket fastställde en exakt rödförskjutning på 2,988  vilket betyder att ljuset började sin resa när universum bara var några miljarder år gammalt under den era som kallas "Cosmic Noon", tiden då galaxer bildade stjärnor med de högsta hastigheterna i kosmos historia.

Dessa molekyllinjemätningar låter astronomerna undersöka tillföring av energi och rörelsen hos gasen inne i galaxen. Data visar inga tydliga tecken på att en kraftfull aktiv galaxkärna dominerar dess energiproduktion istället pekar gasegenskaperna på en intensiv, kompakt episod av stjärnbildning. Efter att ha korrigerat för gravitationsförstoring uppskattar teamet att galaxen bildar hundratals  stjärnor per år, med stora mängder gas och damm packat i en kompakt central region.

Den tätheten är viktig för neutrinofrågan då det skapar förhållanden där energirika kosmiska strålar upprepade gånger kan kollidera med omgivande materia och producera kortlivade partiklar som sönderfaller till gammastrålar och neutriner. Täta, dammiga stjärnutbrott kan fungera som kosmiska strålkällor  som fångar energirika partiklar tillräckligt länge för att mycket av dess energi ska omvandlas till dessa sekundära partiklar.

Den förväntade neutrinoproduktionen från en enskild dammig stjärnbildande galax är blygsam och studien hävdar inte att Shadow Blaster har identifierats som källan till händelsen IC 210922A. Men galaxens placering, sällsynthet, kompakta struktur och gasrika kärna förstärker tillsammans argumenten för en möjlig koppling och antyder att liknande galaxer tillsammans kan bidra till den diffusa bakgrunden av högenergirika neutriners rörelser.

Denna forskning presenterades i artikeln "Compact dusty starbursts at cosmic noon linked to high-energy neutrinos" av Y. Urata et al., publicerad i Nature Astronomy. 

Roterar universum? Då är tidsresor tillbaks i tiden möjliga.

 

Planeter, stjärnor och galaxer roterar, men roterar universum? Vad vi vet idag verkar det inte så. Men om det gör det kan tidsresor in i det förflutna vara möjliga.

Matematikern Kurt Gödel  blev 1949 först  i vår tid som gav en formulering av ett roterande universum. Han använde matematiken i Albert Einsteins allmänna relativitetsteori för att göra det som ett sätt att hedra sin vän och granne på Princeton, Einstein själv. 

Men den akademiska "äran" fick en annan riktning än det  var menat eftersom Gödels exempel på ett roterande universum visade att den allmänna relativitetsteorin var ofullständig. Förutom rotationen innehöll hans teori om universum en negativ kosmologisk konstant som motverkade centrifugalkraften i en rotation som håller universum statiskt.

Hans huvudpoäng var att den allmänna relativitetsteorin visade möjligheten till ett roterande universum och tillät tidsresor in i det förflutna.

Att leva i ett roterande universum skulle vara konstigt. För det första skulle alla observatörer betrakta sig som centrum i rotationen. Det innebär att om du stod någonstans och var helt stilla skulle du se universum snurra runt dig. Skulle du ställa dig still på en annan plats även om det gällde på en avlägsen galax skulle du fortfarande se universum rotera runt dig på din nya position.

Men man kan fundera vidare (min anm.) vi har ju ett universum som expanderar i alla riktningar. Det kan man se var vi än står enligt ovan med rätt observationsinstrument. Så ett roterande universum bör inte kunna existera då denna effekt inte kan ses till skillnad mot expansionen vilken bevisats. Om nu universum likväl roterar vilket jag är övertygad om inte är sant. 

Innebär det inte bara en rotation av saker (planeter stjärnor mm) utan en rotation av själva rumtiden. Det betyder att ljuset, som alltid tvingas följa rumtidens krökning, ger några konstiga effekter. En ljusstråle som skickas ut av en observatör kommer att böja sig  när den sveps upp i rumtidens rotation. Vid någon avlägsen punkt blir rotationen för mycket och ljuset kommer att vända sig om och återvända till observatören (obs man måste då föreställa sig observatören på en fast punkt).

Det betyder att det finns en gräns för hur långt du kan se i ett roterande universum, och utöver det är allt du kommer att observera dubbla bilder av ditt eget och tidigare jag i tiden.

Denna konstiga effekt gäller inte bara ljus. Om du skulle sätta dig i en raket och spränga dig genom ett roterande universum skulle du också fastna i rotationen. Och på grund av den rotationen skulle din rörelse fördubblas tillbaka på sig själv. När du återvände till din utgångspunkt skulle du dock komma fram innan du hade lämnat.

Detta är motsatsen till tidsresor framåt i tiden vilka teoretiskt är möjliga i skepp som går i nära ljusets hastighet där tiden känns normal i skeppet men tiden på jorden har gått snabbt i förhållande till skeppet. Något ingen på skeppet eller på jorden märker. Men upplever hänt då skeppet återvänder och ex kaptenen välkomnas av sina barnsbarnbarnsbarn eller än senare generationer.).

På ett sätt kan man säga att ett roterande universum kan rotera din framtid till ditt eget förflutna så  du kan resa tillbaka i tiden. Men likt ovan resor in i framtiden skulle du inte i en resa bakåt i tiden kunna veta var i framtiden eller det förgångna du hamnar. Om nu inte detta kan beräknas matematiskt och resan göras efter tidsmått och hastighet.

Gödels stora invändning mot den allmänna relativitetsteorin som visade möjligheten att resa bakåt var att vår ultimata förståelse av rum och tid  inte bör tillåta bakåtgående tidsresor då tidsresor till det förflutna bryter mot våra föreställningar om kausalitet och introducerar alla möjliga otäcka tidsreseparadoxer. Det faktum att relativitetsteorin inte automatiskt omöjliggjorde tidsresor signalerade till Gödel att Einsteins teori var ofullständig.

Om kosmos roterade, skulle ljus som kommer från motsatta riktningar av himlen rödförskjutas i en riktning och ha en motsvarande mängd blåförskjutning i den andra riktningen. Astronomer har tillämpat detta test på undersökningar av avlägsna galaxer och till och med på den kosmiska mikrovågsbakgrunden, som är det ljus som finns kvar från när kosmos bara var 380 000 år gammalt. Slutsatsen av dessa tester är att om universum roterar gör det detta med en hastighet av mindre än 10 ^ -17 grader per århundrade. Gödels invändning kvarstår. Inget visar på att universum roterar och vi kan troligen glömma att resa bakåt i tiden.

Inlägget är en sammanfattning och mina tankar efter Paul M. Sutter är astrofysiker vid SUNY Stony Brook och Flatiron Institute i New York City artikel i https://www.space.com/ Kursiv text är mina tankar utefter texten.

Bild wikimedia.

Kommer Afrikas vilddjur åter att vandra i Europas skogar?

En gång strövade vilddjur som nu bara finns i Afrika på Europas slätter.

Det var en tid med ett helt annat klimat än vad vi nu har. Mammutar strövade på Europas likväl som på Nordamerikas slätter. Få människor fanns på denna tid. Vi talar om en tid ca 1 million år tillbaks då kontinenterna såg helt annorlunda ut.

Det fanns sabeltandade tigrar, mammutar och många av de djur som nu bara finns i Afrika vandrade och levde i Europa.

Den senaste istiden försvann de sista resterna av dem åter till Afrika om de inte dog ut i det kallnande klimatet. Därefter kom de inte tillbaks.

Mycket säkert beroende även på att landhöjningen lade hav emellan som omöjliggjorde en återvandring när isen smält.

Men kan vi åter se Afrikas djur här om vi får ett varmare klimat igen?      

Kanske om någon tar hit djur och släpper dem för spridning i Europa eller i Amerika. Men bara då. Man ska ha i åtanke att när klimatet blir varmare höjs havsnivån ytterligare och djuren från Afrika får än svårare att komma hit.

Däremot kommer vi troligen att få mänskliga klimatflyktningar vilket blir ett mycket större problem.

Mammuten om vi ska återgå till denna, som forskare ännu i dag gräver fram i tundran i Sibirien levde här som längst av de djur som nu dött ut och som fanns i stora mängder en gång.  En framgångsrik art som fann livsutrymme över hela vår jord och dog ut för ca 4000 år sedan. 

Den sista mammuten dog vad man vet på Wrangels ö i nordöstra Sibirien där den såkallade dvärgmammuten fanns. Här dog den sista individen av en art som hade funnits i millioner exemplar i årmillioner.