Hubbleteleskopet fann stjärnor som i sin spiralrörelse ger en blick in i universums förgångna

 

Naturen är i många sammanhang uppbyggt i spiralform - från en orkans virvlar till protoplanetära skivor runt nya stjärnor och spiralgalaxer.

Nu har astronomer även funnit unga stjärnor som i spiralform dras in mot centrum likt en massiv stjärnhop i rörelse in i Lilla Magellanska molnets centrala del. Lilla Magellanska  molnet är en satellitgalax till Vintergatan.

Spiralens yttre arm i denna  spiralformade stjärnsamling kallad NGC 346 kan ses som en flod i rörelse bestående av gas och stjärnor. Detta "kan" vara ett effektivt sätt att driva på ny stjärnbildning, säger forskare.

Lilla Magellanska molnets stjärnor har en enklare kemisk sammansättning än stjärnorna i Vintergatan vilket gör att Lilla Magellanska molnets stjärnor  liknar de galaxer som fanns i det tidiga universum då tyngre element var mer sällsynta. Stjärnorna i Lilla Magellanska molnet är hetare än de i Vintergatan och brinner snabbare slut på sitt bränsle.

Det lilla Magellanska molnet är 200000 ljusår bort från oss och är en av de närmsta galaxerna till oss förutom Vintergatan som vårt eget solsystem är en del av.

Att lära sig hur stjärnor bildas i det lilla Magellanska molnet ger inblick i hur en eldstorm av stjärnfödelse kan ha inträffat i det tidiga universums historia när detta genomgick en "stjärnboom" cirka 2 till 3 miljarder år efter bigbang.

De nya resultaten visar dock att processen med stjärnbildningstakt i Lilla Magellanska molnet liknar den som sker i Vintergatan (ingen stjärnboom här).

Stjärnsamlingen NGC 346 är 150 ljusår i diameter med en massa på 50000 solar. Dess spiralform och den snabba stjärnbildningshastigheten här just i denna samling har förbryllat astronomer. Det krävdes den kombinerade kraften hos NASA:s rymdteleskop Hubble och Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope (VLT) för att reda ut beteendet i denna stjärnsamling.

" --- Vi skulle inte ha liv i universum  utan stjärnor och ändå förstår vi inte helt hur de bildas, förklarade studieledaren Elena Sabbi vid Space Telescope Science Institute i Baltimore. – Vi har flera modeller som gör förutsägelser men en del av de förutsägelserna är motsägelsefulla. Vi vill veta vad som reglerar processen för stjärnbildning eftersom det är dessa lagar som vi behöver för att förstå vad vi ser i det tidiga universum.

 Något som är än viktigare nu när James Webbteleskopet kan se längre tillbaks i tiden än något teleskop tidigare kunnat. Att se räcker inte vi bör även förstå vad vi ser (min anm.).

Forskare bestämde stjärnornas rörelser i NGC 346 på två olika vis. Med hjälp av Hubble gjordes mätningar av Sabbi och hennes team av förändringarna i stjärnornas positioner under 11 år (data för detta hade tidigare Hubbleteleskopet samlat in). Stjärnorna i regionen rör sig med en genomsnittlig hastighet på 3200 km/h. vilket innebär att de på 11 år rört sig ungefär 2 gånger avståndet mellan solen och jorden.

NGC 346 är relativt långt bort från oss och inuti en galax (Lilla Magellanska molnet). Detta innebär att mängden observerad rörelse är mycket liten och därför svår att mäta. Dessa utomordentligt exakta observationer var endast möjliga på grund av Hubbleteleskopets upplösning och höga känslighet. Hubbles tre decennier långa observationshistoria ger också en baslinje för astronomer att följa små himmelska rörelser över tid.

Intressant är att Stjärnor i Lilla Magellanska molnet är av samma sammansättning som de allra tidigaste stjärnorna. Något som är svårt att förstå de borde vara av samma sammansättning som Vintergatans som är uppbyggda efter de första stjärnornas kollaps i supernovor som resulterade i nya grundämnen. Den stjärnbildning som sker i dag i Lilla Magellanska molnet borde vara av samma slag som de som bildas i Vintergatan och stjärnorna i Lilla Magellanska molnet vara av samma slag som de i Vintergatan. Men så är det inte. Varför har det Lilla Magellanska molnet inte utvecklats? Har denna galax isolerats  och stannat i utveckling? Varför har inte supernovor här om sådana skett inte gett nya grundämnen härtill ny stjärnbildning? OM supernovor inte skett här varför isåfall? Har alla gamla stjärnor helt enkelt stannat av som neutronstjärnor, vita dvärgstjärnor.? Vad består exoplaneter av här? Många frågor men inga svar ?  (min anm.).

Bild vikipedia på den stjärnhopen NGC 346 där genomenet upptäcktes. Bilden tagen av Hubbleteleskopet.

En ny förklaring framlagd om den röda nordpolen på Plutos måne Charon

 

En trio forskare vid Purdue University i Indiana USA har utarbetat  en ny teori med syftet att förklara varför Plutos måne Charon har en rödaktig nordpol. I en artikel publicerad i tidskriften Nature Communications beskriver Stephanie Menten, Michael Sori och Ali Bramson studier av de rödaktiga ytorna på isiga föremål i Kuiperbältet och hur de utefter dessa kan relatera till Charons rödtoniga nordpol.

Tidigare forskning har visat att många isiga föremål i Kuiperbältet helt eller delvis är täckta av rödbrun materia. Forskning har också visat att materialet är en tholinförening. Tholiner är komplexa organiska molekyler som bildas när ultraviolett strålning träffar enkla organiska molekyler såsom exempelvis metan. I den nya teorin visar forskarna att den röda Tholinföreningen på Charons nodrpol är metan som frigjorts från kryovulkaner (isvulkaner) och träffats av ultraviolett strålning. (kan i så fall samma sak vara förklaringen till alla de objekt i kuiperbältet vilka har en rödtoning likt Charon och även Pluto(min anm.)? 

För att testa teorin vände sig forskarna till Plutos måne Charon, vars nordpol är täckt av en röd tholinförening. De noterar att tidigare forskning visat att gas som släpps ut från Pluto är ansvariga för den rödaktiga polen. Men tidigare forskning har också visat att månen en gång var täckt av ett flytande hav som innehöll många slag av material, inklusive metan. 

När havet efterhand frös kan metan ha fastnat i isen, konstaterar forskarna. De noterar också att när vattnet blev utsatt för tryck skulle sprickor bildats vilket ledde till tillfälliga utbrott (isvulkanism eller som det även kallas Kryovulkanism). Kryovulkaniska utbrott  föreslås ha släppt ut en viss mängd metangas. Skulle då delar av den metangasen drivit hela vägen till nordpolen skulle den där ha frusit och fallit till ytan. Då den föll till ytan skulle den ha utsatts för miljontals år av ultraviolett strålning från solen vilket gjort att ytan rödtonades genom denna tholinförening.

Forskarna skapade i arbetet  simuleringar av hur metanmolekyler drev runt i Charon-atmosfären och beräknade hur mycket metan som kan ha släppts ut under kryovulkaniska utbrott och tagit sig till nordpolen. De fann att cirka 1000 miljarder ton av gasen kunde ha tagit sig dit - mer än tillräckligt för att skapa en röd nordpol.

Kryovulkaner (isvulkaner)är vulkaner som består av is. Isvulkaner finns på ismånar och troligen även på andra frusna astronomiska objekt som till exempel i ovan nämnda objekt i kuiperbältet. 

 Kuiperbältet består av en stor mängd små kometer, asteroider och småplaneter i banor runt solen och är beläget bortom Neptunus bana 20 astronomiska enheter utåt. Det har uppskattats att det finns åtminstone 70000 så kallade transneptuner (TNO) med en diameter större än 100 kilometer i detta bälte men mestadels består det av mindre asteroider.

Istället för lava spyr isvulkaner vid sina utbrott ut en blandning av flyktiga ämnen som vatten, ammoniak eller metan. Sådana blandningar betecknas ibland kryomagma och bildar plymer vid utbrotten, varefter kryomagman kondenserar till fast materia när den utsätts för den mycket låga omgivande temperaturen.

Bild från vikipedia. Foto från New Horizons som den 14 juli 2015 förbi Charon.

Fermibubblor är kanske inte skyldiga till mystiska gammastrålningsutkast från ett svart hål

 

Fermibubblorna kan enligt många forskare tills nu vara relaterade till utsläpp av stora mängder energi som emitteras från det supermassiva svarta hålet i mitten av vår Vintergata. Vi vet att i andra galaxer kan supermassiva svarta hål som intar stora mängder materia driva ut högenergistrålning. Det är möjligt enligt många forskare att Vintergatans centrala svarta hål gick igenom en sådan fas tidigare och producerade jetstrålar som nu har lämnat de spår vi kallar Fermi Bubbles vi ser idag.

Gammastrålning eller γ-strålning är fotonstrålning, joniserande strålning av fotoner. Gammastrålning är den mest genomträngande form av strålar som förekommer i samband med radioaktivitet. Gammastrålning ingår i den kosmiska strålningen.

Fermi-bubblor upptäcktes första gången 2010. De är gigantiska bubblor av högenergigas som kommer från det galaktiska centrumet som sträcker sig över och under det galaktiska planet i galaxen med en omkrets av 50000 ljusår och expanderar med en hastighet av miljontals km i timmen. Vad som  skapade dem vet vi inte. Vintergatans supermassiva svarta hål är den tills nu ledande kandidaten till förklaring på dessa sedan miljontals år sedan skapade bubblor vilka sedan dess  rört sig utåt från en okänd källa (om vi inte ska acceptera det svarta hålet som källa rakt av) sedan dess.

 Fermi-bubblornas strålning är inte jämnt fördelad. I synnerhet finns det vad som beskrivs som en "kokong" av nyaccelererade kosmiska strålar i södra loben av Vintergatan, enligt en analys från 2011 som en del i superbubbelmiljön.

Nyligen har ett team av astronomer med ledning av astrofysiker Roland Crocker vid Australian National University i Australien lagt märke till något intressant då det nyligen upptäcktes en gammablixt i närheten av Vintergatan (inte i Vintergatan).

Ursprunget till dessa bubblor ses nu inte vara från Vintergatans svarta hål utan tros nu istället vara millisekundpulsarer i en liten dvärggalax som kretsar kring Vintergatan.

Upptäckten får konsekvenser för vår förståelse av Fermi-bubblornas källa men kan även få en inverkan på bredare forskningsområden såsom i sökandet efter mörk materia.

”Kokongens” (se ovan) placering sammanfaller direkt med placeringen av ett annat objekt – kärnan i Skyttens dvärgsfäroidgalax, en satellitgalax till Vintergatan som håller på att slitas isär och inordnas i Vintergatan.

Men det blir än mer intressant. ”Kokongen” och satellitgalaxen har också liknande form och orientering i rummet. Dock finns det möjliga felmarginaler i mätningsresultaten.

Om du ser något som avger gammastrålning i en större gammastrålningsstruktur är det förmodligen naturligt att anta att de två är relaterade. Men två saker med liknande form och inriktningar som ligger direkt i vår siktlinje som avger detta är märkligt.

Inte omöjligt dock. Men då måste det finnas en sannolik förklaring - till exempel en koppling mellan dessa två objekt (en koppling vi inte förstår i dag).

Forskarna bestämde sig för att undersöka kokongen för att se om dvärggalaxen möjligen kunde vara en alternativ förklaring till gammastrålningen som observerats däri.

De modellerade emissionen med en rad förklaringar (teorier)  inklusive kokongen inom bubblan och satellitgalaxen, och fann att satellitgalaxen med ganska stor trolighet var den mest troliga sändaren av gammastrålning i Fermibubble-kokongen.

Nästa fråga var naturligtvis varför det kunde ske. I Vintergatan genereras gammastrålar övervägande av kollisioner mellan kosmiska strålar och gas i det interstellära mediet.

Detta är inte möjligt  i denna satellitgalax. Den mindre satellitgalaxen faller genom gravitationen  in i Vintergatan och har gjort det under en tid; av troligen 2 till 3 miljarder år.

Inte heller har några massiva, kortlivade stjärnor försvunnit här som supernovor (inga spår av sådana skeenden finns här och därmed har inga stora kollisioner eller explosioner skett).

Den mest troliga förklaringen enligt teamet är därför millisekunders pulsarer. Neutronstjärnor (de kollapsade, ultratäta kärnorna av döda massiva stjärnor) med extremt snabba rotationshastigheter, på millisekundskalor; när de snurrar avger de strålar från sina poler - inklusive gammastrålning. Dessa skulle vara kompatibla med de senaste episoderna av stjärnbildning i satellitgalaxen och ha samma rumsliga fördelning som resten av stjärnpopulationen.

Detta fynd tyder på att dvärgsfäroidgalaxer som denna  kan producera mer gammastrålning än förväntat. 

I så fall kan de förvirra sökning efter signaler från mörk materia varav sökning här innebär sökningar efter ett överskott av gammastrålning som emitteras när partiklar av mörk materia och antipartiklar ömsesidigt förintar varandra.

Forskarna anser att resultatet av studien ovan  ger incitament till närmare undersökningar av små, svaglysande galaxer, för att se om vi behöver revidera vår förståelse av dvärgsfäroidgalaxer och de gamla populationer av stjärnor  de innehåller.

Forskningen utifrån ovan har nyligen publicerats i Nature Astronomy.

Bild flickr.com "Using data from NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope, scientists have recently discovered a gigantic, mysterious structure in our galaxy. This never-before-seen feature looks like a pair of bubbles extending above and below our galaxy's center".

James Webb teleskopet har upptäckt sandiga moln på en exoplanet

 

VHS J125601.92–125723.9 (förkortat VHS J1256–1257) är ett ungt trippeldvärgstjärnsystem beläget i stjärnbilden Korpen (Crosus) cirka72,0 ljusår (21,2 parsek) från solen.

Systemet består av det binära röda (dubbelstjärnsystemet)  VHS J1256–1257AB vars stjärnor har ungefär samma massa och den avlägsna stjärnan VHS 1256–1257 b (även den en röd dvärgstjärna) därav kallas systemet i sin helhet ett trippeldvärgstjärnsystem.

 Nyligen upptäcktes en kontinuerlig radioemission ( ettradiostrålningsutsläpp) från strålningsbälten som omger VHS J1256-1257. James Webb Space Telescope upptäckte här  en främmande värld (en brun dvärg) höljd i en atmosfär med  sandliknande silikatkorn. Dess beteckning är VHS 1256 b.

Exoplanetfyndigheten, beskrivs som den första upptäckten av sitt slag och gjordes av James Webb Space Telescopes NIRSpec- och MIRI-instrument. I data från dessa instrument upptäckte astronomer bevis på silikatrika moln runt denna bruna dvärg som är  nästan 20 gånger större än Jupiter. Fyndet bekräftar några tidigare teorier om dessa udda planetliknande världar.

Bruna dvärgar är objekt som inte är tillräckligt stora för att antändas till stjärnor men lite för stora för att ses som  planeter. Medan bruna dvärgar inte kan antända vanligt väte och bli stjärnor, kan de likväl producera sitt eget ljus och värme genom att bränna deuterium (en mindre vanlig isotop av väte som innehåller en extra neutron). Den bruna dvärgen i fråga betecknas VHS 1256 b och kretsar kring de två små röda dvärgstjärnorma VHS J1256–1257AB, cirka 72 ljusår från jorden i stjärnbilden Corvus, (kråkan) på södra himlen.

Astronomer upptäckte den udda exoplaneten redan 2016  (den bruna dvärgen) och upptäckten har förbryllat dem sedan dess på grund av dess rödaktiga glöd. De misstänkte att glöden kunde orsakas av någon typ av atmosfär. Observationer från James Webb Space Telescope har nu bekräftat denna teori och avslöjat att VHS 1256 b bör ha tjocka moln i sin atmosfär innehållande stora mängder av sandliknande silikatkorn.

Webb detekterade även vatten, metan, kolmonoxid, koldioxid, natrium och kalium i atmosfären på VHS 1256 b.

"Vi kommer att veta mer från iterationer av datareduktionen", säger Brittany Miles, astronom vid University of California, Irvine, och ledande forskare i projektet, till Space.com i ett mejl.

Webb-datan var så detaljerad att den visade att förhållandet mellan de olika gaserna förändras kontinuerligt i VHS 1256 b: s atmosfär vilket tyder på att atmosfären inte är lugn utan vild och turbulent. " I en lugn atmosfär finns det ett förväntat förhållande mellan, säg, metan och kolmonoxid", säger Sasha Hinkley, astronom vid University of Exeter i Storbritannien och en av studiens medförfattare. "Men i många exoplanetatmosfärer finner vi att detta förhållande är mycket skevt vilket tyder på att det finns turbulent vertikal blandning i dessa atmosfärer som muddrar upp koldioxid från djupet i atmosfären för att blandas med metan högre upp i atmosfären."

VHS 1256 b är liten för att vara en brun dvärg vilket innebär att den sannolikt är ung. Exoplaneten kretsar 360 gånger vår sols avstånd till jorden från sina två moderstjärnor utefter en ovalformad bana som tar 17000 år att slutföra.

Det intressanta är att med Webbteleskopet kommer vi nu att kunna analysera atmosfärers innehåll i exoplaneter  något som varit svårt eller omöjligt tidigare (min anm.,).  Det kommer att ge nya rön och kanske även upptäckter av exoplaneter vars atmosfär vi kan misstänka växt och djurliv på grund av dess atmosfärs likheter med jordens.

Bild vikipedia på var man kan finna solsystemet.

En ny polär ringgalax har upptäckts av japanska astronomer

 

En Polär ringgalax är en ovanlig typ av galax som är försedd med en yttre ring av gas och stjärnor belägen i ett annat plan än galaxens skiva.

Japanska astronomer rapporterade nyligen upptäckten av en tidigare okänd polär ringgalax med hjälp av data som erhållits med Subaru-teleskopet som är en del av Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program (HSC-SSP) 

Upptäckten beskrevs i en artikel som publicerades den 26 augusti på arXiv-pre-print-servern.

 De så kallade polära ringgalaxerna (PRG) är system som består av en S0-liknande galax (SO liknande galax innebär en galax som inte kan klassificeras som spiralgalax då den har otydliga spiraler och inte heller kan ses som en elliptisk galax utan är ett mellanslag av dessa två) och en polär ring separerade från varandra sedan  miljarder år tillbaks. I allmänhet är dessa yttre polära ringar som består av gas och stjärnor, riktade ungefär i vinkelrät orientering åt huvudaxeln i värdgalarens centrum.

Men även om mer än 400 PRG-kandidater hittills upptäckts har endast några dussin av dem bekräftats som verkligt polära ringgalaxer genom uppföljande spektroskopiska observationer.

För att utöka den för närvarande korta listan över bekräftade PRG: er har ett team av astronomer under ledning av Minoru Nishimura vid Open University of Japan genomfört en detaljerad studie av ett urval av kända PRG: er med hjälp av data från HSC-SSP.  Något som resulterade i  att de fann en ny PRG-kandidat – identifierad som SDSS J095351.58+012036.1.

"Under denna sökning har vi upptäckt en ny PRG-kandidat SDSS J095351.58+012036.1 (hädanefter J0953). Denna galax ligger i utkanten av Cosmic Evolution Survey (COSMOS; (2007)) fält", skrev forskarna i tidningen.

Cosmic Evolution Survey (COSMOS) är ett Hubble Space Telescope (Projekt för att kartlägga ett två kvadratgradigt ekvatorialfält med Advanced Camera for Surveys (ACS).  Projektet är den största undersökningen som någonsin genomförts av HST och innehåller åtaganden från observatorier runt om i världen, såsom Very Large Array radioobservatorium, Europeiska rymdorganisationens XMM-Newton-satellit och Japans åtta meter långa Subaru-teleskop. För närvarande bidrar mer än 150 astronomer runt om i världen aktivt till projektet.

 

J0953 identifierades ursprungligen som en galax redan 2000 av Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Den har en fotometrisk rödförskjutning på cirka 0,2, men med tanke på att inga spektroskopiska observationer av J0953 har utförts hittills är ingen spektroskopisk rödförskjutning av denna källa för närvarande tillgänglig.

Enligt studien har J0953 en stjärnmassa på cirka 38,5 miljarder solmassor och här sker en stjärnbildningshastighet av cirka 2,66 solmassor per år. Stjärnmassan i värdgalaxen och den polära strukturen befanns vara 26,18 respektive 4,23 miljarder solmassor. Värdgalaxens radie uppmättes till 0,89 bågsekunder, medan den polära strukturen befanns vara 2,12 bågsekunder.

Astronomerna noterade att den polära ringstrukturen hos J0953 verkar vara nästan vinkelrät mot skivan i dess värdgalax utan några störda egenskaper. De rapporterar att den polära strukturen är blå och förmodligen yngre än värdgalaxen.

Dessutom visade det sig att Sérsic-indexet för värdgalaxen är 2,94, vilket tyder på att värdgalaxen har en elliptisk galaxliknande struktur snarare än en exponentiell skiva. Forskarna tillade att det också är möjligt att värdgalaxen är en skivgalax. 

Sammanfattningsvis av resultaten underströks från författarna till studien att mer spektroskopiska observationer av J0953 bör utföras för att slutligen bekräfta dess PRG-natur. I synnerhet krävs ytterligare undersökning av de kinematiska egenskaperna hos både värdgalaxen och den polära strukturen.

Bild vikipedia som visar NGC 660 i Fiskarna, en polär ringgalax ovanstående finns ingen bra vild på. Men MGC 66+ visar hur en sådan kan se ut.

Runt Stjärnan WR 140 ses mystiska ringsystem

 

James Webb Space Telescope fotograferade  nyligen mystiska koncentriska ringar runt en avlägsen stjärna som astronomer nu analyserar då de är osäkra på vad det är.

Bilden, togs i juli och släpptes på Twitter av medborgarforskaren Judy Schmidt. Bilden föranledde en ström av kommentarer och idéer. Den visar en stjärna som kallas WR140 omgiven av regelbundna krusningsliknande cirklar som gradvis bleknar bort. Cirklarna är dock inte helt runda, utan har en något fyrkantig form vilket föranleder spekulationer om möjligt utomjordiskt skapat ursprung.

"Jag tror att det bara är naturen som gör något som är enkelt, men när vi bara tittar på det ur en synvinkel från jorden verkar det omöjligt att först förstå att det är ett naturfenomen", sa Schmidt till Space.com i ett mejl. Han noterade att WR140 är vad astronomer kallar en Wolf-Rayet-stjärna, en stjärna som har spottat ut mycket av sitt väte i rymden. Wolf-Rayet-stjärnor är  omgivna av damm, tillade han. Det gör att en stjärna i dess närhet skulpterar in de konstiga ljusskalen. Kanske något  ljusfenomen från denna okända stjärna  ger den fyrkantiga formen på skenet (min anm.) docj sähs inget i studien om denna andra stjärnas existens.  

"Ja, de kapslade" squircular "-ringarna är verkliga", svarade Ryan Lau, astronom vid NOIRLab och huvudutredare för projektet som förvärvade observationerna, på Twitter-tråden.

WR140, finns cirka 5600 ljusår från jorden i stjärnbilden Cygnus och är en så kallad variabel stjärna som periodvis dimrar i sitt sken. Om stjärnans variation har något att göra med de mystiska ljuskrusningarna är okänt.

Bilden visar kraften i James Webb Space Telescope som kostat 10 miljarder dollar och är det mest kraftfulla observatoriet som någonsin skickats ut i rymden med en revolutionerande skärpa i dess bildtagning.

Med all säkerhet finns en helt naturlig förklaring till fenomenet (min anm.) att anse att det är tecken på utomjordisk intelligens är inte något man i första hand ska tro på utan istället det sista man ska se på om inga andra naturliga förklaringar kan hittas på ett fenomen.

Bild https://www.space.com/ på fenomenet nämnt ovan.

Diamantregn kan vara vanligt på istäckta exoplaneterI

 

I en ny studie visas att "diamantregn", en exotisk typ av nederbörd kan vara vanligt  på   istäckta planeter.

I ett tidigare experiment skapade forskarna de extrema temperaturer och tryck som finns djupt inne i isjättarna Neptunus och Uranus och observerade för första gången hur diamantregn då kunde bildas.

Genom att undersöka denna process i ett material som  liknar Neptunus och Uranus kemiska sammansättning upptäckte forskare från Institutionen för energi SLAC National Accelerator Laboratory och deras kollegor att närvaron av syre då gör diamantbildning  sannolik vilket får dem att bildas och växa vid i  bredare spektrum av förhållanden och på fler planeter.

Studien kan leda till kunskap om ett nytt sätt att tillverka nanodiamonder, som har ett mycket brett spektrum av applikationer inom läkemedelsleverans i kroppen, medicinska sensorer, icke-invasiv kirurgi, och kvantelektronik.

"Det tidiga experimenten var de första som vi direkt såg diamantbildning utifrån några blandningar", säger Siegfried Glenzer, chef för High Energy Density Division på SLAC. – Sedan dess har det varit ganska många experiment med olika rena material. Men inuti planeter är allt mycket mer komplicerat; det finns mycket fler kemikalier i blandningen där. Det vi ville ta reda på här var vilken typ av effekt dessa ytterligare kemikalier har.

Teamet under ledning av Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) och Universitetet i Rostock i Tyskland, samt Frankrikes École Polytechnique i samarbete med SLAC, publicerade nyligen sina resultat i Science Advances.

I  tidigare experimentet studerade forskarna ett plastmaterial tillverkat av en blandning av väte och kol vilket är några nyckelkomponenter i den kemiska sammansättningen av Neptunus och Uranus. Men förutom kol och väte innehåller många isjättar även andra element exempelvis stora mängder syre.

I det nya experimentet använde forskarna PET-plast - som ofta används i livsmedelsförpackningar, plastflaskor och behållare - för att reproducera sammansättningen av dessa planeter mer exakt. Något överraskande material anser jag.

"PET har en bra balans mellan kol, väte och syre för att simulera aktiviteten i isplaneter", säger Dominik Kraus, fysiker vid HZDR och professor vid University of Rostock.

Forskarna använde en kraftfull optisk laser kallad Matter in Extreme Conditions (MEC) vid SLAC: s Linac Coherent Light Source (LCLS) för att skapa chockvågor i PET- plasten. Därefter undersökte de vad som då skedde i plasten med röntgenpulser från LCLS. Med hjälp av en metod som kallas röntgendiffraktion såg de hur atomerna i materialet omorganiserades till små diamantregioner.

Samtidigt användes en annan metod som kallas liten vinkelspridning som inte hade använts i den första undersökningen för att mäta hur snabbt och mycket dessa diamantregioner växte. Med hjälp av denna  metod kunde de då se att diamantregionerna växte upp till några nanometer i bredd. De fann att nanodiamanter med närvaro av syre i materialet, kunde växa vid lägre tryck och temperatur än vad som tidigare observerats.

"Effekten av syret blev att påskynda splittringen av kol och väte och därmed öka bildandet av nanodiamanter", sa Kraus. "Det innebar att kolatomerna lättare kunde kombineras och bilda diamanter."

Forskarna förutspår att diamanter på Neptunus och Uranus skulle bli mycket större än de nanodiamanter som producerades i dessa experiment - kanske miljontals karat i vikt (vilket ger 1000 tals kilo tunga diamanter, 1 karat är o,2 gram). Under tusentals år kan diamanterna långsamt sjunka genom planeternas islager och samlas i ett tjockt lager här och där runt den fasta planetkärnan.

Teamet fann även bevis för att det i kombination med diamanterna också kan bildas superjoniskt vatten. Denna nyligen upptäckta vattenfas som ofta beskrivs som "varm, svart is", existerar vid extremt höga temperaturer och tryckförhållanden. Under dessa extrema förhållanden bryts vattenmolekyler isär och syreatomer bildar ett kristallgitter där vätekärnor flyter fritt runt. Eftersom dessa fritt flytande kärnor är elektriskt laddade kan superjoniskt vatten leda elektrisk ström och det kan förklara de mystiska magnetfälten på Uranus och Neptunus.

Forskare tror att isjättar är den vanligaste formen av planeter utanför vårt solsystem.

"Vi vet att jordens kärna huvudsakligen är gjord av järn, men många experiment undersöker fortfarande hur närvaron av lättare element kan förändra förhållandena för smältning och fasövergångar", säger SLAC-forskaren och samarbetspartnern Silvia Pandolfi. – Vårt experiment visar hur dessa element kan förändra de förhållanden under vilka diamanter bildas på isjättar.  Om vi vill modellera planeter exakt måste vi komma så nära den faktiska sammansättningen av planets inre som möjligt.

Forskningen indikerar också en potentiell väg framåt för att producera nanodiamanter genom laserdriven chockkomprimering av billig PET-plast. Även om nanodiamanter redan ingår i slipmedel och polermedel, kan dessa små pärlor i framtiden potentiellt användas till kvantsensorer, medicinska kontrastmedel och reaktionsacceleratorer för förnybar energi.

"Det sätt som nanodiamanter för närvarande tillverkas är genom att ta en massa av kol eller diamant och spränga det med sprängämnen", säger SLAC-forskaren och samarbetspartnern Benjamin Ofori-Okai. – Det här skapar nanodiamanter i olika storlekar och former och är en process som är svår att kontrollera.

 Det vi ser i det här experimentet är en annan reaktivitet som sker under hög temperatur och högt  tryck. I vissa fall verkar diamanterna bildas snabbare än i andra fall beroende av närvaron av slaget av  kemikalier i isjättarna. Laserproduktion skulle kunna erbjuda en renare och mer lättkontrollerad metod att producera nanodiamanter. Om vi kan utforma sätt att ändra vissa saker i processen kan vi förändra hur snabbt de bildas och hur stora de blir.

Nu planerar forskarna liknande experiment med flytande prover som innehåller etanol, vatten och ammoniak – det som Uranus och Neptunus  mest består av – vilket kommer att föra ännu närmare för att förstå exakt hur diamantregn bildas på planeter.

Forskningen stöddes av DOE: s Office of Science och National Nuclear Security Administration. LCLS är en DOE Office of Science användaranläggning.

Bild https://se.depositphotos.com/  på hur det kanske ser ut där regn av diamanter sker.