Exoplaneter kan ha atmosfärer av en blandning av väte och vatten.

 

Bilden wikipedia En illustratörs tolkning av K2-18b (blå) som kretsar runt den röda dvärgstjärnan K2-18 som 124 ljusår bort från oss, ytterligare en exoplanet ses i solsystemet exoplaneten K2-18c.

Alla planeter som hittills upptäckts består av gas, is, sten och metall och modeller av hur planeter bildas brukar visa att dessa ämnen inte reagerar kemiskt med varandra. Men vad händer om likväl några av dem gör det frågade sig Planetforskare vid UCLA och Princeton och kom på ett överraskande svar. Under den intensiva hettan och trycket i nybildade planeter reagerar vatten och gas med varandra vilket skapar oväntade blandningar i atmosfärer hos unga planeter av jordens till Neptunus storlek och en "nederbörd" djupt inne i dess atmosfär.

Nya studier visar att den vanligaste typen av planeter i vår galax, de i storlek mellan jordens och Neptunus vanligtvis bildas med en väteatmosfär vilket resulterar i förhållanden där väte och planetens smälta inre interagerar i miljontals till miljarder år. Interaktionen mellan atmosfären och det inre är därför avgörande för att förstå då dessa planeter bildas och utvecklas och vad som kan finnas under dessas atmosfärer.

Men temperaturerna och trycket är så extrema att laboratorieexperiment för att studera det i modeller är nästan omöjligt. Forskarna utnyttjade därför superdatorerna vid UCLA och Princeton för att genomföra kvantmekaniska simuleringar av molekyldynamik för att undersöka hur väte och vatten interagerar över ett brett spektrum av tryck och temperatur i planeter av Neptunusstorlek och mindre.

Arbetet visade implikationer som att planeter utanför vårt solsystem, såsom exoplaneterna K2-18 b och TOI-270 d, vilka har hävdats vara potentiellt beboeliga världar kan ha en väteatmosfär tätare än ett hav av vatten. Den inre temperaturerna hos exoplaneter om de är tillräckligt höga skulle kunna ligga inom den gräns där väte och vatten inte kan separeras, så att dess atmosfär skulle bestå av en enda homogen väte-vattenvätska.

"Om vatten och väte verkligen är väsentligt blandat i en planets inre, kan strukturen och den termiska utvecklingen hos jord- och Neptunusliknande exoplaneter skilja sig väsentligt från de standardmodeller som vanligtvis används inom området", beskriver Hilke Schlichting, medförfattare till studien och professor i earth, planetary, and space sciences vid UCLA.

Å andra sidan kan planeter som är kallare ha ett separat lager berikat med vatten, möjligen i flytande form.

Forskningen ger därmed ytterligare ett fysikinspirerat ramverk för att begränsa sökandet efter planetsystem i vår galax där vattenrika exoplaneter skulle kunna ha vattenhav eller atmosfärer där väte och vatten är helt beblandade.

Tänk er en atmosfär bestående av vatten och väte varunder ett hav flyter på ytan. Det blir en atmosfär betydligt tätare än jordisk dimma. 

Forskningen finansierades av NASA, National Science Foundation, Heising-Simons Foundation och Princeton University. Resultaten publicerades i den vetenskapliga tidskriften The Astrophysical Journal Letters 

Detta verkar finnas under ytan på Uranus och Neptunus

 

Bild https://vcresearch.berkeley.edu  En sprängskiss av en isjätteplanet som Uranus eller Neptunus. I en ny teori föreslås att under den täta atmosfären finns ett vattenrikt lager (blått) som har separerats från ett djupare lager av hett, högtryckskol, kväve och väte (bärnsten). Trycket pressar ut väte ur metan- och ammoniakmolekyler och skapar skiktade kolväteskikt som inte kan blandas med vattenskiktet, vilket förhindrar konvektionen vilket skapar ett dipolärt magnetfält. Bild med tillstånd av tidningen Quanta till https://vcresearch.berkeley.edu.

Planetforskare har två teorier  om vad som kan finnas under de tjocka, blåaktiga väte- och heliumatmosfärerna av isjättarna Uranus och Neptunus antingen finns  diamantregn eller superjoniskt vatten.

Burkhard Militzer, planetforskare vid University of California, Berkeley, föreslår nu en alternativ teori - att det inre av dessa planeter är skiktat i två lager och att dessa två lagren likt olja och vatten på jorden inte blandas. Denna konfiguration förklarar planeternas ovanliga magnetfält på ett troligt sätt och antyder att det är osannolikt att tidigare teorier om planeternas inre skulle bestå av diamantregn eller superjoniskt vatten inte är sant.

I en artikel som publiceras nyligen i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences, hävdar Burkhard Militzer att en djup ocean av vatten ligger precis under molnlagren och under vattnet en mycket komprimerad vätska av kol, kväve och väte. Datorsimuleringar visar att temperaturerna och trycket i planeternas inre bildat en kombination av vatten (H2O), metan (CH3) och ammoniak (NH3) som skulle naturligt separeras i två lager, främst på grund av att väte skulle pressas ut ur metan och ammoniak som utgör en stor del av det  inre.

Dessa oblandbara lager skulle förklara varför varken Uranus eller Neptunus har ett magnetfält likt jordens. Det var en av de överraskande upptäckterna om vårt solsystems isjättar som gjordes av Voyager 2-uppdraget i slutet av 1980-talet. Då  en planet svalnar från sin yta och nedåt sjunker kall och tätare materia medan klumpar av varmare vätska stiger upp som kokande vatten - en process som kallas konvektion. Om interiören är elektriskt ledande kommer ett tjockt lager av konvekterande material att generera ett dipolmagnetfält som liknar det för en stavmagnet. Jordens dipolfält, skapat av dess flytande yttre järnkärna vilket producerade ett magnetfält som går i en slinga från nordpolen till sydpolen och är anledningen till att kompasserna pekar mot polerna.

Men Voyager 2 upptäckte att ingen av de två isjättarna har ett sådant dipolfält utan istället oorganiserade magnetfält. Detta innebär att det inte finns någon konvektiv rörelse av materia i ett tjockt lager i planeternas djupa inre.

För att förklara dessa observationer föreslog två olika forskargrupper för mer än 20 år sedan att planeterna måste ha lager som inte kan blandas vilket förhindrar storskalig konvektion och ett globalt dipolärt magnetfält. Konvektion i ett av lagren kan dock ge upphov till ett oorganiserat magnetfält. Men ingen av forskargrupperna kunde förklara vad dessa icke-blandande lager bestod av.

För tio år sedan försökte Militzer upprepade gånger lösa problemet med hjälp av datorsimuleringar bestående av cirka 100 atomer där proportionerna av kol, syre, kväve och väte speglade den kända sammansättningen av grundämnena i det tidiga solsystemet. Vid de tryck och temperaturer som förutspåddes för planeternas inre – 3,4 miljoner gånger jordens atmosfärstryck respektive ca 4450 Celcius kunde han inte hitta hur  dessa lager kunde bildas.

Förra året kunde han dock med hjälp av maskininlärning köra en datormodell som simulerade beteendet hos 540 atomer och fann då att lager bildas naturligt när atomerna värms upp och komprimeras.

– En dag tittade jag på modellen och då hade vattnet separerats från kol och kväve. Det jag inte kunde göra för 10 år sedan hände nu, beskriver han. Det ena är vattenrikt och det andra är kolrikt, och i Uranus och Neptunus är det det kolrika systemet som ligger under. Den tunga delen stannar i botten och den lättare delen stannar på toppen och den kan inte göra någon konvektion.'"

"Jag kunde inte upptäcka detta utan att ha ett större system av atomer detta  system kunde jag inte simulera för 10 år sedan", tillade han.

Mängden väte som pressas ut ökar med tryck och djup och bildar ett stabilt skiktat kol-kväve-väteskikt, nästan som  plastpolymer, beskriver han. Medan det övre, vattenrika lagret sannolikt konverterar för att producera det observerade oorganiserade magnetfältet, kan det djupare, stratifierade kolväterika lagret inte göra det.

När han modellerade gravitationen som produceras av Uranus och Neptunus i flera lager, matchade gravitationsfälten de som uppmättes av Voyager 2 för nästan 40 år sedan. Militzer förutspår att under Uranus 3 000 mil tjocka atmosfär finns ett vattenrikt lager som är cirka 5 000 mil tjockt och under det ett kolväterikt lager som även detta är cirka 5 000 mil tjockt. Uranus steniga kärna är ungefär lika stor som planeten Merkurius. Även om Neptunus är mer massiv än Uranus är den mindre i diameter med en tunnare atmosfär, men med lika tjocka vattenrika och kolväterika lager. Dess steniga kärna är något större än Uranus, ungefär lika stor som Mars.

Forskningen stöddes av National Science Foundation (PHY-2020249) som en del av Center for Matter at Atomic Pressures.

Rymden bortom vårt solsystem är fyllt av väte

 

Det är bara de två Voyager-skeppen som har varit där (och är där) och det tog än mer än 30 år av överljudsfartresor att komma dit, till interstellära rymden. Rymden bortanför vårt solsystem. Förbi Pluto genom det steniga Kuiperbältet och vidare för tillfället fyra gånger så långt bort just nu och färderna fortsätter.

I detta fantastiska ingenmansland trängs partiklar och ljus och 100 miljarder stjärnor tillsammans med rester från big bang. Detta är den interstellära rymden (tomrummet mellan stjärnor som intresserar här).

Mätningar från NASA: s New Horizons rymdfarkosten som besökte Pluto för några år sedan tog mätningar ut mot den tomma rymden och visade  hur densiteten såg ut.  Heliosfären (solvinden)  stöter bort laddade partiklar och påverkas av magnetfält. Mer än hälften av lokala interstellära gaser är neutrala vilket innebär att de har ett balanserat antal protoner och elektroner. När vi plöjer in i dem i det interstellära mediet skapas en vägg mot solvinden.

 

Det är som om du kör genom en tung dimma och bilen blir våt, säger Eric Christian, rymdfysiker vid NASA: s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, MD. "När du springer, får dina kläder mer väta och det är saktar ner din hastighet (det blir mer motstånd).

"NASA: s New Horizons rymdfarkost, lanserades i januari 2006 var den som var bäst lämpad att mäta detta. Det är nu fem år sedan farkosten gjorde sitt möte med Pluto, där den fångade de första närbilderna av dvärgplaneten.

Här togs med hjälp av AWP-instrument mätresultat av solvinden och nu har dessa resultat jämförts med solvindens avtagande ut mot Voyagerfarkosternas bana i första hand Voyger2;s bana. Det har visat sig att det finns väte i det interstellära rummet överallt inte i kraftiga moln men likväl väte överallt.

Kanske inte helt överraskande (min anm.) väte var det första som uppstod eller bland det första vid BigBang. Att det finns rester av detta i olika koncentrationer i hela rymden är inte förvånande.

Bild Voyager 1 som sändes upp 1977 och nu finns därute bortanför vårt solsystem med en hälsning från mänskligheten till en eventuell upphittare långt därute i tid och rum.

Nya idéer om Oumuamua

Oumuamua var det första interstellära objekt som upptäckts och den första interstellära asteroiden som astronomerna upptäckt. Den upptäcktes när den passerade genom solsystemet i oktober 2017.

Teorierna var många (och är fortfarande) om vad dess form innebar. UFO-besättning eller en flisa från en explosion av en katastrof i yttre rymden eller i ett annat solsystem. Ingen vet och dess färd går nu vidare ut i universum efter dess besök genom vårt solsystem från okänd källa.

I en ny rapport föreslås att det är ett objekt som är flerskiktat. Till att börja med verkar det vara cigarr- eller pannkaksformat vilket definitivt inte är normen för rymdstenar som astronomer är bekanta med. Oumuamua visade också icke-gravitationell accelerationsrörelse utifrån dragkampen från solen eller något annat stort kosmiskt objekt.  Kometer visar sådana rörelser (acceleration) när de värms upp och börjar spruta is som jetplan. Men Oumuamua visade aldrig upp  en kometsvans eller ett sken så vitt forskarna kunde se.

Men forskare anser i en ny teori att Oumuamua likväl kan bestå av frusen väteis.

"Vi visar att objektet sannolikt bestod av väteis,", säger medförfattare Greg Laughlin, professor i astronomi vid Yale University i Connecticut, i ett uttalande. "Detta är en ny typ av objekt men det ser ut som det kan finnas många fler av dem som dyker upp framöver."

Väte är det vanligast förekommande elementet i universum, men vi ser det oftast inte i fast form då detta kräver extremt kalla temperaturer. Men sådana temperaturer finns i de kallaste kärnorna av gigantiska molekylära moln. De platser som ger upphov till nya stjärnor och deras tillhörande planetsystem.

Forskarna anser att en del tyder på att kroppar rika på väteis skulle kunna bildas i dessa kärnor - och att sådana objekt skulle bete sig mycket likt som Oumuamua gjorde när det kryssade genom det inre av solsystemet.

"Då Oumuamua passerade nära solen och värmdes upp smälte väte snabbt bort den isiga ytan, vilket ger den observerade accelerationen som då skedde. Denna nedsmältning skulle ge Oumuamua sin konstiga, avlånga form - mycket som en tvål blir en tunn flisa efter många användningsområden i duschen," säger Laughlin.

Men även detta är en teori (min anm) lite motsägelsefullt då ingen svans av kometkaraktär visades eller ett sken som skulle bevisa att avdunstning kunde ses. Vi får nog se detta som enbart en ytterligare teori om vad Oumuamua Var och kom ifrån. Svaret får vi kanske aldrig. Vi ska även komma ihåg att asteroiden inte sågs förrän den var på väg från solen. Vi vet inte om den såg likadan ut redan när den gick in mot solen. Gåtan om denna asteroid existerar fortfarande. Såg den likartat ut när den gick in mot solen skedde ingen nedsmältning.

Bild från Flickr.com på hur Oumuamua kan ha sett ut enligt en illustratör.

Ett kluster av galaxer därute ses sammankopplade av glödande gastrådar.

En vidsträckt mystisk struktur av gastrådar ses koppla samman galaxer därute har för första gången observerats. 


Observationerna avslöjar att ett galaxklustret vilket finns ca 12 miljarder ljusår bort i rikting mot stjärnbilden Vattumannen ses sammankopplade genom ett nätverk av svagt lysande gastrådar. Förekomsten av detta är centralt i teorier om hur galaxer först bildades efter Big Bang men först nu har dessa trådliknande mönster setts.


Den direkta upptäckten av nätet kom efter intensiva observationer utformade för att ta upp de svagaste kända strukturerna. Professor  Michele Fumagalli astrofysiker vid Durham University och medförfattare till studien om upptäckten säger: ”Det är mycket spännande att för första gången se flera och utökande filament i det tidiga universum. Vi har äntligen ett sätt att kartlägga dessa strukturer direkt och förstå i detalj deras roll för att reglera bildandet av supermassiva svarta hål och galaxer. ”


Observationerna gjordes med hjälp av European Southern Observatory: s Very Large Telescope med syftet att kartlägga ljuset som släpps ut av väte bestrålat av galaxerna i ett avlägset galaktiskt klustersom kallas SSA22. Klustret av galaxer som trådmönstret hittades i.


Teamet kunde upptäcka enskilda trådar av intergalaktisk gas mellan galaxerna i detta unga galaxkluster. Vi ska komma ihåg att vi ser hur det såg ut för 12 miljarder ljusår sedan.


Observationerna stärker den så kallade kalla mörka materiateorin i förhållande till galaxbildning. Det antyder att den vätgas som skapades vid Big Bang strålade iväg ut över rymden. På platser där gastrådarna korsas eller är sammanslagna bildades galaxer och vätetrådarna fortsätter hela tiden under universums barndom att driva på tillväxten av galaxer genom att mata dem en stadig ström av gas och troligen damm för stjärnbildning i stora mängder vilket resulterade i galaxer. 


I linje med denna teori avslöjar de senaste observationerna skärningspunkter mellan enorma gastrådar vilka kan ses som aktiva galaktiska centra  (centrum i en galax) och där bör ett svart hål befinna sig och även att de galaxer där mycket gas finns har en snabb stjärnbildningstakt.


Det visar enligt mig (min anm) även vikten av att en galax för att bildas och stjärnor i denna behövs ett svart hål i ett centrum. Skärningspunkten av dessa vätestrålar vilka vi kan se ljusa av galaxers ljus är där ett centrum finns och ett svart hål utanför detta bildas stjärnor. Däremot vet vi ännu inte varför allt hänger ihop och varför.


Bild från vikipedia  på SA-22-regionen; uppe till höger i en skala där detta område jämförs med storleken på Andromeda Galaxen.

Ett tredje intressant gasmoln från tidens början där tiden står still har upptäckts långt därute i universum

Forskarna räknar med att stöta på en massa konstiga saker i universum. Orkaner av mörk materia, nebulosor och galaxer vilka slukar varandra för att ta några exempel som man funnit därute.


Men det finns även tomrum där inga galaxer finns. Tomrum vilka man inte förstår varför de finns. Men även gasmoln från tidens början.


För tredje gången någonsin har nu astronomer som arbetar vid W.M. Keck-observatoriet på Hawaiis sedan länge slocknade vulkan Mauna Kea att de har identifierat ett massivt interstellärt gasmoln som verkar orört sedan BigBang.

Ett vätemoln från universums tidigaste minuter från en tid innan väte och heliumatomerna skapade universums första stjärnor och senare resten av elementen i det periodiska systemet.


Lagets upptäckt är det tredje molnet av kosmiska gas och tros vara helt fri från grundämne förutom väte.


De två första molnen upptäcktes 2011 av astronomen Michele Fumagalli med kollegor vilka även de använde Keckobservatoriets teleskop. De fann att molnet vilket nu upptäckts LLS1723 är likt de först upptäckta molnen inte heller detta visade några spår av några ämnen förutom väte.


Enligt Robert och hans kollegors rapport är förståelse av hur molnen inklusive LLS1723 kan ha överlevt obefläckat av tungmetaller under så lång tid en fråga som kommer att kräva ytterligare studier av molnets närliggande grannskap.


Man ska veta att avståndet till molnet är 1,5 miljarder ljusår och tiden då BigBang inträffade är 14 miljarder år bort. Detta innebär en lång skillnad i tid vilket gör att förvåningen över att molnet inte innehåller några grundämnen än mer förvånande. På något sätt är molnet konserverat i tid och rum händelsemässigt. Men varför?


Att finna och studera opåverkade vätemoln från tidens början kan också avslöja ny information om hur universums första stjärnor bildades från metallfria omgivningar. Paradoxalt nog är detta något som forskare endast kan slutföra genom att hitta moln där ingenting skett sedan Big Bang.


Bild på observatoriet varifrån upptäckterna gjorts

Ljusspektrum av antimateria upptäckt för första gången

Vid ett projekt på Cern kallat Alpha har det nyligen gjorts en stor upptäckt. En antimateriaatom av väte har studerats och en spektrallinje funnits av denna atom.

I tjugo år har det studerats antimateria för att försöka få veta om antimateria följer samma naturlagar som den materia vi känner till.

Då väte är den enklast uppbyggda atomen ser man den som enklast att börja studera. resultaten hittills visar att antimateria och materia följer samma naturlagar.

Men precisionen av mätningar ska bli än bättre i framtiden för att fortsätta mätningar etc för att säkert veta om så är fallet. Men hittills visar resultaten att allt följer samma naturlagar inga överraskningar här.

Väte och Helium blev resultatet i BIG Bang men sedan då? Ingen vet men många tror sig veta.

I tidens början small det ur ingenting i ingenting och utvidgades sig ingenting i en punkt från ingenstans och Big Bang blev resultatet. I denna expansion vilken fortsätter och accelererar ännu idag ut i ingenting men som blir ett allt större universum i tid och rum där blev väte och helium till vid startpunkten Big Bang.

Men vad hände sedan? Ingen vet säkert hur alla andra grundämnen sedan kom till och från dessa de föreningar vilka sedan blev liv.

Tron är att en mängd supernovaexplosioner och föreningar av väte på något sätt bildade det andra.  Hur det skulle vara möjligt räknar forskare ut med allt mer avancerade teorier. Allt kan ju bevisas bara tillräckligt med idéer kan luftas. Men som sagt allt är teorier.

Många tror att livet uppkom ur metanföreningar när väl komplicerade beräkningar tänkts ut vilka genom slumpen i supernovaexplosioner på rätt platser mm tänkts ut.

Nu har en del forskare bytt ut metan i sina teorier mot träsprit. Hur denna uppkommit ska även det i teorin med mängder av slumpvisa händelser kunna bevisas och i dessa kometers spridande av detta ursprung av livselixir.

Det är öppet för alla och majoriteten i Sverige tror på allt som teorier kommer fram till bara de slipper religionen där Gud enkelt och snabbt när Gud så ansåg lämpigt skapade allt ur intet.

I Sverige med få andra avreligiösa  samhällen där religion är  tabu i skolor mm ex i kommunistiska Nordkorea får skapande av Gud inte tas upp utan  enbart Big Bang och explosioner med allt fantasifullare lösningar för att misskreditera synen på en skapande Gud.

Planet av Neptunus storlek, upptäckt runt stjärna 30 ljusår från oss. Mystisk vätesvans följer i dess spår.

Planeten kretsar runt en röd dvärgstjärna vilket innebär att denna sol inte är lika varm som ex vår sol.

Planetens väteatmosfär förångas och en svans av väte följer dess bana runt sin sol.

Det intressanta med planeten  är dess svans av väte. Varför släpps väte ut? Hur bildades planeten? Varför finns väte av denna mängd som atmosfärsöverskott på planeten. Är det överskott? Finns kanske vätet inte kvar på planeten utan istället som en svans efter planeten? Vad kan resultatet bli av denna svans i framtiden? Kan det vara början till bildande av bälten runt planeten av den typ som finns runt Jorden?

Frågor utan svar. En del kanske omöjliga en del kanske viktiga.