Försök att förstå sammansättningen av atmosfären på exoplaneter

 

Under de senaste 25 åren har astronomer upptäckt mer än  4000 exoplaneter (planeter i andra solsystem). En del av dessa har upptäckts vara likt jorden stenplaneter där även is och atmosfär verkar finns.

 Genom att använda en kombination av olika observationstekniker har många av dessa exoplaneters  massa, storlek och densitet kunnat bestämmas.

Att studera atmosfären på steniga planeter är dock extremt svårt med den utrustning som för närvarande finns tillgänglig.

CARMENES är ett konsortium som samarbetar med Canary Astrophysics Institute där man söker vid M dvärgstjärnor efter planeter med Exoearths med nära infraröd instrument och optiska instrument och undersöker resultat i spektrometrar.

Där presenterades en studie ledd av Trifonov, astronom vid Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg (Tyskland). Den handlar om arbetet med att klassificera  atmosfären vid en så kallad superjord, en planet betydligt större än jorden Grise-486b i omloppsbana runt sin sol den röda dvärgen Grise 486. Detta system finns 26 ljusår från oss i riktning mot stjärnbilden jungfrun (Virgo).

 

För att göra detta har forskare använt en kombination av transitmätning (skugga från planeten vid passage framför stjärnan) och radiell hastighetsspektroskopiteknik (rödljusförskjutning), bland annat MuSCAT2 (multi för att studera atmosfären hos transitexoplaneter) med 1,52 m Carlos Sanchez-teleskopet vid Teide-observatoriet.

Resultaten av denna studie publicerades i tidskriften Science. Planeten de upptäckte fick beteckningen som nämnts ovan Gliese486b och har 2,8 gånger jordens massa och är 30 % större. "Att beräkna den genomsnittliga densiteten från massa- och radiemätningar tyder på att dess sammansättning liknar Venus och Jordens. Det finns metallkärnor inuti Venus och jorden," säger en av IAC-forskarna. Gliese 486b kretsar i en cirkulär bana som tar 1,5 dag runt sin sol på ett avstånd av 2,5 miljoner kilometer från sin sol.

 Trots att planeter ligger mycket nära sina stjärnor (dennas är extremt nära) bevarar de förmodligen en del av sin ursprungliga atmosfär (stjärnorna av M-typ är mycket svalare än vår sol det handlar om röda dvärgstjärnor), så vi kommer att observera planeter runt dessa mer i detalj när  nästa generation av instrument kommer.

Gliese 486b  är en bra kandidat för dessa nya  teleskop (kanske James Webb kan vara ett min anm.). Grease 486b har enligt  mätningar som är möjliga med dagens instrument en temperatur av ca 430 ° C på sin yta men kan likväl ha en atmosfär. Jämför med Venus som är helt dold i atmosfär men likväl anses ha en marktemperatur av 470C vilket innebär att bly flyter om det finns där.

En illustration (bilden ovan) från https://www.jioforme.com/nearby-super-earth-may-be-ideal-for-atmospheric-surveys/224816/ som visar solen Grease 486 med sin exoplanet som omtalas ovan Grease 486b (den svaga ljuspunkt till höger om stjärnan).

Kometen Catalina och dess kamraters betydelser i det förgångna.

 

I början av 2016 fick Jorden en isig besökare från utkanten av vårt solsystem. En komet som svepte förbi oss för att sedan ta riktning ut från solsystemet. Nu hjälper insamlade data detta besök oss att förstå mer om vårt eget ursprung då det blir uppenbart att kometer som Catalina kan ha varit en viktig källa till kol på planeter som jorden och Mars under det tidiga bildandet av solsystemet. Kol som allt levande är uppbyggt av.

Nya resultat från SOFIA, ett gemensamt projekt av NASA och German Aerospace Center, publicerades nyligen i Planetary Science Journal.

"Kol är nyckeln till livets ursprung", säger artikelns huvudförfattare, Charles "Chick" Woodward, astrofysiker och professor vid University of Minnesotas Minnesota Institute of Astrophysics, i Minneapolis. "Vi är fortfarande inte säkra på om jorden kan ha fångat tillräckligt med kol på egen hand under bildandet eller om kolrika kometer kan ha varit en viktig källa som levererade detta väsentliga element som sedan ledde till liv som vi känner det."

SOFIA: s infrarödaavsökning och  spektraanalyser av  Catalina fångade in sammansättningen av damm och gas när det avdunstade från kometen då detta bildade kometens svans. Sofiaobservatoriet är ett observatorium som söker i det infraröda fältet från ett Boeing 747SP-flygplan modifierat för att bära ett 2,7 meter (106 tum) teleskop (med en största diameter på 2,5 meter).

 Observationerna visade att Catalina är kolrik vilket tyder på att kometen bildades i de yttre regionerna under det tidiga solsystemet där det fanns  en reservoar av kol som kan ha varit viktigt för bildandet av livet (i Oorts kometmoln som det handlar om finns troligen många fler kometer av samma slag).

Forskare tror att en liten förändring i Jupiters omloppsbana tillät små kolrika  kometer att ta turen från de yttre regionerna till de inre regionerna av solsystemet (där vi finns) och här sprida kol till planeter som jorden och Mars när de slog ner på dessa. Catalinas kolrika sammansättning hjälper till att förklara hur planeter som bildades i de heta, kolfattiga regionerna i det tidiga solsystemet utvecklades till planeter med det livsskapande elementet.

 

"Alla jordiska världar påverkas av kometer och andra små kroppar, som bär kol och andra element", säger Woodward. "Vi närmar oss att förstå exakt hur dessa effekter på tidiga planeter kan ha katalyserat liv."

 

Observationer av ytterligare nya kometer behövs dock för att lära oss mer om vi har rätt i att det finns många kolrika kometer i Oorts kometmoln vilket ytterligare skulle stödja teorin att kometer levererade kol och andra livsuppehållande element till de jordiska planeterna.

Bild från vikimedia där man kan se Catalina som ett mörkare streck. Bilden tagen vid observatoriet J87 La Cañada den 6 december 2015.

Vatten och organiskt material på asteroiden Itokawa

 

Ny forskning vid Royal Holloway university London har visat att vatten och organiskt material på ytan av ett asteroidprov som returnerats från det inre solsystemet till jorden. Dr Queenie Chan från Institutionen säger: "Hayabusa-uppdraget var en robotrymdfarkost utvecklad av Japan Aerospace Exploration Agency med uppdraget att returnera prover från en liten jordnära asteroid vid namn Itokawa för detaljerad analys av provet i laboratorier på jorden.

Resultatet som nu föreligger blev att det för första gången hittades organiskt material som kan ha gett kemiska prekursorer (utgångsämnen som kan frambringa ämne som verkar organiskt eller på annat sätt reagerar biokemiskt.) som resulterat till livets ursprung på jorden. Provet kom till jorden från asteroiden Itokawa genom JAXA:s första Hayabusa-uppdrag 2010. Provet visar att vatten och organiskt material från själva asteroiden har utvecklats där genom tiden.

Forskningsdokumentet tyder på att Itokawa ständigt har utvecklats under miljarder år genom att införlivas med vatten och organiska material från främmande utomjordiskt material som kraschat på asteroiden precis som skett på jorden. I tidigare skeden har asteroiden genomgått extrem uppvärmning, uttorkning och splittrats på grund av katastrofal påverkan av krascher värme och kyla. Men trots detta förstördes inte asteroiden utan rehydrerades med vatten som levererades via damm eller kolrika meteoriter vid nedslag.

 

Studien visar att asteroider av S-typ, där de flesta av jordens meteoriter kommer ifrån, såsom Itokawa, innehåller livets råvaror. Analysen av denna asteroid förändrar traditionella åsikter om livets ursprung på jorden som tidigare starkt har fokuserat på koldioxidrika asteroider av C-typ. Se asteroidklasser och hur katalogiseringen ser ut. 

Jag undrar likväl varifrån vatten kom från början och även organiskt material (min anm.) Att bara påstå att det fanns på asteroider eller kom till dessa vid nedslag av andra kroppar och den vägen kom till Jorden svarar inte på frågan varifrån eller hur det blev till.

Bild från vikimedia på Itokawa enligt illustratörs data från rymdobservationers datainsamlingar

Försök att bevisa Hawkingstrålningens existens.

 

År 1974 anade Stephen Hawking att svarta hål inte bara var de kolsvarta stjärnslukarna astronomer föreställde sig utan där avgavs spontant ljus - ett fenomen som nu kallas Hawking-strålning. Ett ljus som dock inte kunde lämna det svarta hålet och därför är osynligt för oss.

Problemet är att ingen astronom någonsin har observerat Hawkings mystiska strålning. Då det är så dunkelt att det aldrig kan observeras även om det finns.

Forskare har nu skapat egna minimala svarta hål i laboratoriemiljö. Detta har gjorts av forskare vid Technion-Israel Institute of Technology. Dessa skapade ett svart hål  bestående av några tusen atomer. Med detta projekt försöktes bekräfta två av Hawkings viktigaste förutsägelser. Dessa att Hawking strålning uppstår från ingenting och att det inte förändras i intensitet över tid vilket innebär att det är stillastående (inte kan röra sig utåt och därför inte kan ses eller förändras).

– Ett svart hål ska ses som en svart kropp som i huvudsak är ett varmt objekt som avger en konstant infraröd strålning, säger Jeff Steinhauer, docent i fysik vid Technion-Israel Institute of Technology  till Phys.org.

" Hawking föreslog att svarta hål är precis som vanliga stjärnor som utstrålar en viss typ av strålning hela tiden. Det var det vi ville bekräfta i vår studie och det gjorde vi." Gravitationen i ett svart hål är så kraftfull att inte ens ljus kan undkomma (stråla ut från det svarta hålet och därmed ses min anm.) då en foton eller ljuspartikel korsar bortom sin punkt utan återvändo i den så kallade händelsehorisonten.

För att undkomma denna gräns måste en partikel bryta fysikens lagar och färdas snabbare än ljusets hastighet (vilket inte upptäckts något kan, min anm.)

 

Hawking visade även att om inget som korsar händelsehorisonten kan fly från denna. Svarta hål kan fortfarande spontant avge ljus från händelsehorisonten , tack vare kvantmekanik i form av något som kallas "virtuella partiklar". – Hawkings teori var revolutionerande eftersom han kombinerade kvantfältsteorins fysik med allmän relativitetsteori enligt Einsteins teori som beskriver hur materia upphäver rymd och tid, säger Steinhauer till Live Science och tillägger. – Detta hjälper fortfarande människor att leta efter nya fysiklagar genom att studera kombinationen av dessa två teorier.

Folk skulle vilja verifiera denna kvantstrålning. Men det är mycket svårt att undersöka om en ens möjligt med  svarta hål eftersom Hawking-strålningen är så svag jämfört med rymdens bakgrundsstrålning (svår och  kanske omöjlig att särskilja min anm.).

 

Detta problem inspirerade Steinhauer och hans kollegor till att skapa sitt eget svarta hål – ett säkrare och mycket mindre svart hål än ett verkligt därute. Forskarnas labbkonstruerade svarta hål var tillverkat av  flödande gas av cirka 8000 rubidiumatomer kylda till nästan absoluta nollpunkten och det hölls på plats av en laserstråle. De skapade ett tillstånd av materia, känt som ett Bose-Einstein-kondensat (BEC). Ett tillstånd vilket gör det möjligt för tusentals atomer att agera tillsammans unisont som om de var en enda atom. 

Med hjälp av en andra laserstråle skapade teamet därefter en stadie av potentiell energi, vilket fick gasen att flöda som vatten som rusar ner i ett vattenfall, vilket skapade en händelsehorisont där ena halvan av gasen flödade snabbare än ljudets hastighet och den andra hälften långsammare.

Man letade efter par av phonons (eller kvantljudvågor) istället för par av fotoner, som spontant bildats i gasen. "Vi visade att Hawking-strålningen var stillastående, vilket innebar att den inte ändrades över tid vilket är exakt var vad Hawking förutspådde", säger Steinhauer. Vidare beskrivning av arbetsmomentet finns om man kopplar upp sig i ovanstående länk 

Forskarna beskrev sina resultat 4 januari i tidskriften Nature Physics.

Nog kan man se Hawking som vår tids Newton eller Einstein (min anm).

Bild från vikipedia på Stephen Hawking (1942-2018)bild från 1999

En gigantisk röd stjärna dold i ett dammoln.

 

En röd jätte är en stjärna som intagit ett stadium där förbränningen växlat över från vätefusion till heliumfusion i stjärnans kärna och då sväller upp på väg mot omvandling till vit dvärg. Detta blir även vår sols öde. Är stjärnan betydligt större än vår sol sker istället en supernovaexplosion och resterna omvandlas till ett svart hål.

Förra året blev astronomer förbryllade när Betelguese, den stora klarröda stjärnan i stjärnbilden Orion dramatiskt bleknade, men sedan återhämtade sig. Dimningen varade i veckor. Nu har astronomer vänt blicken mot en monsterstjärna i den angränsande stjärnbilden Stora björn.

VY Canis Majoris är mycket större än ovannämnda  mer massiv och våldsammare än Betelgeuse och här sker mycket längre dimmiga perioder. Perioder som varar i år. Nya rön från NASA:s rymdteleskop Hubble tyder på att samma processer som inträffar på Betelgeuse sker i denna hypergigant men i mycket större skala. 

Precis som med Betelgeuse föreslås det utifrån Hubble-data varför denna större stjärna dämpas. För Betelgeuse motsvarade dimningen av ett gasformigt utflöde vilket kort hindrade en del av Betelgeuses ljus från vår åsyn, vilket skapade dimningseffekten.

 

– I VY Canis Majoris ser vi något liknande, men i mycket större skala. Massiva utstötningar av material som motsvarar dess mycket djupa blekning vilket förmodligen beror på damm som tillfälligt blockerar ljus från stjärnan, säger Humphreystudiens ledare, astrofysikern Roberta Humphreys vid University of Minnesota, Minneapolis.

Den enorma röda hypergiganten är 300000 gånger ljusare än vår sol. Om den ersatte solen i vårt solsystem skulle den sträcka sig hundratals miljoner mil till området mellan Jupiters och Saturnus banor.

" Den här stjärnan är helt fantastisk. Det är en av de största stjärnorna vi känner till – en mycket utvecklad, röd stor stjärna. Den har haft flera jätteutbrott," förklarade Humphrey. Stjärnan började livet som en superhet, briljant, blå lugn stjärna kanske så mycket som 35 till 40 gånger större än solen. Efter några miljoner år (blå stjärnor är heta men mycket kortlivade då de snabbt gör av med sitt bränsle min anm.) när vätefusionsbränningshastigheten i dess kärna avstannade svällde stjärnan upp till en röd mycket stor stjärna. Humphreys misstänker att stjärnan en kort tid kan ha återvänt till ett varmare tillstånd igen och sedan svällt tillbaka upp till ett rött stadium åter igen.

"Det som kanske gör VY Canis Majoris så speciell är dess andra uppsvällning ", förklarade Humphreys. VY Canis Majoris kan därför redan ha kastat ut hälften av sin massa vilket kan förklara dimningeffekten. I stället för att explodera som en supernova  (vilket hade varit det väntade av stjärnor av denna storlek min anm.) kan den helt enkelt kollapsa direkt till ett svart hål (efter denna andra uppsvällning) .

Bild från vikipedia som visar storleksförhållandet mellan solen och den gigantiska VY Canis Majoris

Rester av en supernova funnet på en oväntad plats

 

Massiva stjärnor avslutar sina liv i en  supernovaexplosion när fusionsprocesserna inte längre producerar tillräckligt med energi för att motverka en gravitationskollaps. Händelser som är ganska sällsynta då de flesta stjärnor är av en storlek som innebär att de slocknar lite lugnare genom att  först utvidgas till en röd jätte och sedan sjunka ihop till en neutronstjärna (vit dvärg något vår sols slut blir).

Det finns hundratals miljarder stjärnor i vintergatan men likväl är supernovaexplosioner ovanliga händelser. Astronomer uppskattar att en supernova bör ske i genomsnitt vart 30:e till 50:e år. En supernova kan bara observeras under några månader. Däremot kan resterna (gasen) av denna detekteras i cirka 100000 år. Rester som består av material som matats ut från den exploderande stjärnan (gas och damm ) i höga hastigheter och bildar stötar när de träffar det omgivande interstellära mediet.

Omkring 300 sådana supernovarester är kända vilket är mycket mindre än de uppskattningsvis 1200 som borde kunna observeras i vintergatan. Så antingen har astrofysiker missförstått supernovors antal eller så har en stor majoritet förbisetts hittills. Vi kan nog utgå från att vi missat en del då vi letat på platser vi  ansett de borde finnas.

Ett internationellt team av astronomer använder nu all-sky-skanning med hjälp av eROSITA-röntgenteleskopet för att leta efter tidigare okända supernovarester. Med temperaturer på miljontals grader avger skräpet från sådana supernovor högenergistrålning de bör därför hittas i högkvalitativa röntgenundersökningsdata.

– Vi blev väldigt förvånade över att den första supernovaresten dök upp direkt, säger Werner Becker vid Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. En supernova som fick namnet  "Hoinga" den största supernovaresten som någonsin upptäckts med hjälp av sökning  i de röntgenstrålfältet. Med en diameter på ca 4,4 grader täcker den ett område som är cirka 90 gånger större än fullmånens storlek.

 – Dessutom ligger det väldigt långt från det galaktiska planet vilket är väldigt ovanligt, tillägger han. De flesta tidigare sökningar efter supernovarester har koncentrerats till vår galaxskiva, där stjärnbildningsaktiviteten är högst och stjärnrester därför borde vara fler men det verkar som om många supernovarester har förbisetts vid denna sökstrategi, säger Becker.

Efter att  astronomerna hittat objektet i eROSITA all-sky data vände de sig till andra resurser för att bekräfta dess natur. Hoinga är om än knappt synlig även med i data som togs av eROSATA- röntgenteleskopet för 30 år sedan. Det var då denna data åter analyserades  som den nu upptäcktes  säger Natasha Walker-Hurley, från Curtin University-noden vid International Centre for Radio Astronomy Research i Australien. "

 Radioutsläppet i den 10-åriga undersökningen bekräftade tydligt att Hoinga är supernovarester så det kan finnas ännu fler där ute som väntar på upptäckt.".

Säkert finns det (min anm.) fler att upptäcka. Jag förstår inte varför man koncentrerat sig på galaxskivan tidigare. Inga begränsningar än fantasin bör finnas i sökandet av det okända i universum. Om gränser sätts missas kanske det viktigaste. Det vi inte förstår ska vi inte begränsa. Allt kan finnas eller inte finnas. På platser där vi kan tänka oss eller absolut inte kan tänka oss.

Bild vikimedia eROSITA översikt animation från German Aerospace Center.

Tre åldriga planeter vid tre uttömda, gamla, röda stjärnor.

 

Ett internationellt team av astronomer med ledning av professor Dr. Habil. Andrzej Niedzielski, astronom vid Nicolaus Copernicus-universitetet i Torun (Polen) har upptäckt ytterligare tre exoplaneter.

Dessa planeter kretsar kring röda jättestjärnor som kan ses som vår sols äldre systrar. Stjärnor äldre än vår sol.

Den ena stjärnan är HD 4760 ett objekt av åttonde magnituden i konstellationen Fiskarna. Den är 40 gånger större och avger 850 gånger mer ljus än solen. Men på grund av dess avstånd (ca 1781 ljusår från oss) är den osynlig för blotta ögat. Dock kan den ses i mindre amatörteleskop.

Här finns enligt professor Niedzielski en planet som är 14 gånger mer massiv än Jupiter. Den ligger i en omloppsbana som liknar jordens runt sin sol innebärande ett avstånd från denna av cirka 1,1 astronomiska enheter (en atmosfärisk enhet är avståndet jorden - solen).  Ett år på den här planeten är 434 dagar (jorddagar).

Astronomerna har nyligen även upptäckt en planet som kretsar kring TYC 0434-04538-1 en stjärna cirka 2032 ljusår från oss i Serpens-konstellationen (Ormens stjärnbild). Denna stjärna lyser nästan 50 gånger starkare än solen. Men även för att se denna behövs det ett teleskop. Anledningen är återigen det stora avståndet. Stjärnan är tio gånger större än solen och här finns en planet som är sex gånger större än Jupiter.

"Intressant nog kretsar den här planeten ganska nära sin stjärna på ett avstånd av endast 0,66 astronomiska enheter. I vårt solsystem skulle det motsvara mellan Venus och jordens banor säger professor Niedzielski. Ett år på den här gasplaneten tar 193 dagar.

Den tredje av solens äldre systrar, HD 96992 ligger närmast oss 1305 ljusår bort. Det är en stjärna av nionde magnituden och finns i riktning mot Stora Björn (stora karlavagnen som jag en gång lärde mig).

"Den här stjärnan är sju gånger större och nästan 30 gånger mer energirik än solen. Här finns en planet med en massa som är något större än Jupiters i en bana av 1,24 astronomiska enheter från sin sol. Ett år på den här planeten varar i 514 dagar, säger professor Niedzielski.

 

Om 5 miljarder år blir Solen en röd jätte och kommer att expandera till ca 250 gånger sin nuvarande storlek. De innersta planeterna, Merkurius, Venus och Jorden, kommer då att slukas. Här kan ses hur solen kommer att se ut då den svällt upp till en röd jätte och slukar Merkurius, Venus och Jorden. Se film här som visar händelsen som en gång kommer att ske. Något som redan skett ovan tre stjärnor och dess eventuella stenplaneter.  Därefter sjunker solen samman och blir en vit dvärg (något som sker i framtiden även med de tre nämnda ovan). Bild från vikipedia.