Ett olöst problem om tid och rum.

 

Genom en mängd olika tester på jorden och av universum har fysiker inte hittat några förändringar i tid eller rum utifrån någon av naturens grundläggande konstanter.

Modern fysik vilar på två huvudpelare. Den ena är Einsteins allmänna relativitetsteori som används för att förklara tyngdkraften. Den andra standardmodellen handlar om de tre naturkrafterna: elektromagnetism, den starka kärnkraften och den svaga kärnkraften. Med hjälp av dessa teorier kan fysiker förklara stora delar av interaktionerna i hela universum.

Men  teorierna förklarar inte allt. Framträdande inom ekvationerna är grundläggande konstanter, siffror som vi måste mäta och ansluta för hand. Endast med dessa siffror på plats kan vi använda teorierna och göra nya förutsägelser. Allmänna relativitets teorin är utarbetad av endast två konstanter: tyngdkraften (vanligtvis kallad G) och den kosmologiska konstanten (vanligtvis betecknad Λ, som mäter mängden energi i rymdtidens vakuum).Standardmodellen kräver 19 konstanter för att anslutas till ekvationerna. Dessa inkluderar parametrar som massorna av nio fermioner (ex elektronen och uppkvarken), styrkorna hos kärnkrafterna innefattar konstanter som styr hur Higgs-bosonen interagerar med andra partiklar. Eftersom standardmodellen inte automatiskt förutsäger neutrinernas massor måste till deras dynamik läggas till ytterligare sju konstanter.

Det är sammanlagt 28 siffrorna bestämmer helt  all fysik i det kända universum. Många fysiker hävdar att det verkar lite artificiellt att behöva alla dessa konstanter. Arbetet som forskare är att förklara så många olika fenomen som möjligt med så få utgångspunkter som man kan komma undan med. Fysiker tror att allmänna relativitetsteorin och standardmodellen inte är slutet på fysiken eftersom dessa två teorier inte är kompatibla med varandra. De misstänker att det finns någon djupare, mer grundläggande teori (sanning) som förenar dessa två grenar.

Den mer grundläggande teorin kan ha hur många grundläggande konstanter som helst associerade med den. Den kan ha samma uppsättning av 28 siffror som vi ser idag. Den kan ha sina egna, oberoende konstanter, med de 28 siffrorna som framträdande som dynamiska uttryck för någon underliggande fysik. Den kan till och med inte ha några konstanter alls utan istället vara en grundläggande teori som kan förklaras i sin helhet utan att något behöver läggas till för hand.

Oavsett vad, om våra grundläggande konstanter inte riktigt är konstanta - om de råkar variera över tid eller rum - skulle det vara ett tecken på en fysik utöver vad vi för närvarande förstår. Och genom att mäta dessa variationer kan vi få ledtrådar till en mer grundläggande teori om fysik.

Fysiker har utarbetat ett antal experiment för att testa de 24 konstanterna. Ett test involverar precisa atomklockor. Driften av en atomklocka beror på styrkan hos den elektromagnetiska interaktionen, elektronens massa och protonens spinn. Att jämföra atomklockor på olika platser eller observera samma atomklocka under långa perioder kan avslöja om någon av dessa konstanter förändras beroende av tid och rum..

Ett annat test gäller från urangruvan Oklo i Gabon (i Västafrika). För två miljarder år sedan fungerade platsen som en naturlig kärnreaktor under några miljoner år. Om någon av de grundläggande konstanterna var annorlunda då skulle produkterna från den radioaktiva processen, som existerar idag, vara annorlunda än förväntat. Testresultatet från detta om det är gjort har jag inte hittat (min anm.).

Om man ser i större skalor har astronomer studerat ljuset från kvasarer,  ultraluminösa objekt och som drivs av svarta hål och som finns miljarder ljusår från oss. Ljuset från dessa kvasarer har färdats enormt långt innan det nått oss och passerat på sin väg genom otaliga gasmoln som absorberat en del av dess sken. Om grundläggande konstanter var olika på skilda platser i  universum, skulle den absorptionen förändras och kvasarer i en riktning skulle se subtilt annorlunda ut än kvasarer i andra riktningar. 

I de allra största skalorna kan fysiker använda Big Bang själv som ett laboratorium. De kan använda vår kunskap om kärnfysik för att förutsäga överflödet av väte och helium som producerades under de första minuterna av Big Bang. Och de kan använda plasmafysik för att förutsäga egenskaperna hos det ljus som avgavs när vårt universum kyldes från ett plasmatillstånd till en neutral gas när universum var 380000 år gammalt. Om de grundläggande konstanterna var annorlunda för länge sedan, skulle det visa sig som en obalans mellan teori och observation.

I dessa experiment med flera har ingen någonsin observerat någon variation i de grundläggande konstanterna. Vi kan inte helt utesluta det, men vi kan sätta otroligt stränga gränser för deras eventuella förändringar. Vi vet till exempel att den fina strukturkonstanten, som mäter styrkan i den elektromagnetiska interaktionen, är densamma i hela universum till 1 del per miljard.

Medan fysiker fortsätter att söka efter en ny teori för att ersätta standardmodellen och den allmänna relativitetsteorin, verkar det som om konstanterna vi känner och använder är här för att stanna just nu. Tills vi förstår varför de behövs och visar.

Bild från https://news.azpm.org/  

Bilden är tagen av James Webb teleskopet.

Upptäckt. En planet som går samma öde till mötes som Jorden kommer att göra en gång

 

Katastrofen sker framför ögonen på oss för gasjätten Kepler-1658b som finns 2600 ljusår bort från oss. Dess massa är 5,88 Jupiters och den tar 3,8 dagar på sig för en runda runt sin sol Kepler-1658.

Det är första gången astronomer identifierat en planet som är på väg mot en katastrofal kollision med sin sol vilket potentiellt ger en inblick i hur jorden sista tid blir. Den tid då vår sol gjort slut på sitt bränsle och sväller upp och slukar jorden som en röd jättestjärna för att sedan krympa ihop till en vit dvärg.

 Studien  publicerades nyligen av ett team av mestadels USA-baserade forskare i The Astrophysical Journal Letters och beskriver här att de hoppas att den dömda exoplaneten Kepler-1658b kan hjälpa till att belysa hur världar dör då deras stjärnor (sol) blir äldre. I detta fall är händelsekedjan en annan se nedan.

Fast dess storlek kretsar den runt sin sol på ett avstånd av en åttondel av avståndet mellan vår sol och Merkurius något som gör att den är mycket varmare än Jupiter är i vårt eget solsystem.

Kepler-1658bs bana som tar ca tre dagar minskas med cirka 131 millisekunder om året enligt studien.

"Om den fortsätter att närma sig sin stjärna i den observerade hastigheten kommer planeten att kollidera med sin stjärna på mindre än tre miljoner år", enligt Shreyas Vissapragada, postdoktor vid Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics och som är studiens huvudförfattare.

Det innebär att likheten med vad som kommer att ske med vår sol inte är helt rätt. Inte heller sker det nu utan 3 miljoner år bort (min anm.). Men jag undrar varför man ännu ej funnit en händelse därute där en sol svällt eller är på väg mot en planet eller slukar en planet just nu. Så ovanligt kan det väl inte vara då det är slutet för flertalet solsystem.

Vissapragada  säger dock att" Jordens slutliga öde är något oklart".

Kan det vara så att solens uppsvällande inte helt stämmer och Jordens försvinner på det viset?

Bild https://phys.org  föreställande en konstnärs koncept av Kepler-1658-systemet. Kepler-1658b upptäcktes av Keplerteleskopet. Upphovsman: Gabriel Perez Diaz / Instituto de Astrofísica de Canarias.

Regolitfyndigheter på Uranus måne, Miranda

 

Regolit ät ordet för ett lager av lös jord som ligger ovan berggrund. Regoliten på jorden består dels av berggrund som vittrat och av växtavlagringar. Regolit finns även på andra planeter, asteroider, månar och andra objekt därute. På Mirandabestår regoliten av en blandning av månens krossade ytlager och meteoriter som krossats på ytan.

Miranda är den minsta och innersta av Uranus fem största månar och har en diameter som är ungefär en sjundedel av vår månes. Den kretsar på ett avstånd av cirka 129850 km från Uranus.

I en studie nyligen publicerad i The Planetary Science Journal beskriver  några  forskare under ledning från Carl Sagan Center vid SETI Institute i Kalifornien det potentiella ursprunget för regolitfyndigheterna på  Miranda. Syftet med studien var att bestämma Mirandas inre struktur framför allt dess inre av värme vilket kan hjälpa till att avgöra om Miranda någonsin hyste  ett inre hav. "Det är osannolikt att Miranda skulle kunnat behålla ett underjordiskt hav till våra dagar på grund av dess lilla storlek", säger Dr. Chloe Beddingfield, forskare vid NASA Ames Research Center.

"Ett kraftigt regolitlager skulle däremot fungera som en isolerande filt och stänga inne värme i Miranda och förbättra livslängden på ett underjordiskt hav under en period. Denna instängda värme skulle också  främja endogen aktivitet under längre period på Miranda.

För studien analyserade forskarna kratrar för att bestämma tjockleken på Mirandas ytregolit. Analyser inkluderade mätning av kraterdjupsdiameterförhållanden, kraterstorleksfrekvensfördelning och den centrala storleken i en specifik krater i detta fall Alonso-kratern. Studiens resultat visade tre potentiella källor för Mirandas kraftiga regolit inkluderat jättestötutkast från dess inre, plymavlagringar (vulkanaktivitet) och ringavlagringar från Uranus. Forskarna säger att de föredrar ringhypotesen grundat på förklaringen till Mirandas blå färg och dess regolits stora rumsliga utsträckning och tjocklek över ytan.

"Om material från Uranus ringar är den primära källan till Mirandas regolit, kan det tyda på att Miranda bildades av ringmaterial och/eller att Miranda migrerade genom ringarna i sin tidiga historia", säger Dr. Beddingfield.

– I de här scenarierna kan Uranus ringar ha varit än tjockare tidigare innan en del av dettas materia hamnade på ex Miranda. Framtida data modelleringsarbete behövs dock för att undersöka denna möjlighet ytterligare. Eftersom Mirandas tjocka isolerande regolit skulle minska värmeförlust och eventuellt förbättra geologisk aktivitet kan regoliten då stödja teorin om den blå koronabildningen", säger Dr. Beddingfield.

" Koronan kan även ha bildats av uppvällande diapirer (uppträngande materia) som bröt Mirandas yta. Kanske ärvde koronan sin polygonala form när dessa diapirer bildades längs redan existerande svaghetsområden i litosfären (yttersta fasta lagret på stenplaneter och månar). Även om förekomsten av Mirandas regolit inte säger oss mycket om de specifika processer som är involverade i koronabildning (energiutstrålning) ger det en känsla av den relativa tidpunkten för händelser och visar att geologisk aktivitet sannolikt inträffat under långa tidsperioder.

I artikeln betonas att det krävs uppföljningsstudier för att bättre förstå de potentiella möjligheterna och inte bara dra slutsatsen att koncentrera på Uranus ringfyndigheter som förklaring på Mirandas tjocka regolit.

Mirandas regolit kan förklaras även av andra processer än ansamling av ringmaterial inklusive materialavsättning på grund av plymaktivitet i tidig historia eller avsättning av utkast av inre matera så kallat jättepåverkan, förklarade Dr. Beddingfield.

Bild vikipedia. Voyager 2 bild av Mirandas trasiga terräng. Verona Rupes, som tros vara de högsta klipporna i vårt solsystem ses längst ner till höger på Miranda och beräknas ha en höjd av ca 20 km.

Manganoxid på Mars kan ha uppkommit utan syre.

 

NASA: s Mars-rover hittade manganoxid i markprov i Gale- och Endeavour-kratrarna på Mars under 2014. En upptäckt som gjorde att  forskare föreslog att Mars en gång kan ha haft mer av syre i sin atmosfär.

De utgick ur sin förförståelse som säger att dessa mineraler krävde rikligt med vatten och starkt oxiderande förhållanden för att bildas. Förförståelsen utgick här från jordens geologiska skeenden vilket överfört till Mars indikerade att Mars hade upplevt periodiska ökningar av atmosfäriskt syre i sitt förflutna  innan nivån över tid  sjönk till dagens låga nivå.

Men en nyligen avslutad experimentell studie från Washington University i St. Louis förstärker inte denna uppfattning. Istället upptäckte forskarna att under Mars-liknande förhållanden kan manganoxider lätt bildas utan atmosfäriskt syre. Med hjälp av kinetisk modellering visade forskarna att manganoxidation inte var möjlig i den koldioxidrika atmosfär som antas funnits på den forntida Mars.

"Länken mellan manganoxider och syre lider av en rad grundläggande geokemiska problem", beskriver Jeffrey Catalano, professor inom earth and planetary sciences in Arts & Sciences och författare i studien som publicerades den 22 december i Nature Geoscience. Catalano är fakultetsstipendiat vid McDonnell Center for the Space Sciences. Huvudförfattaren till studien Kaushik Mitra, numera postdoktoral forskningsassistent vid Stony Brook University slutförde arbetet som en del av sin forskarutbildning vid Washington University.

Mars i sig är en planet rik på halogenelementen klor och brom jämfört med vad jorden är. "Halogener förekommer på Mars i former som skiljer sig från de på jorden och finns i mycket större mängd. Vi gissade att de är viktiga för mangans utveckling", sa Catalano. Forskarna fann att halogener omvandlade mangan upplöst i vatten till manganoxidmineraler tusentals till miljontals gånger snabbare än om det skett med syre. De svagt sura förhållanden som forskare tror fanns på ytan i Mars förflutna producerar bromat manganoxidmineraler snabbare än någon annan tillgänglig oxidant. Under många av dessa förhållanden är syre helt oförmöget att bilda manganoxider.

"Oxidation kräver därför inte inblandning av syre per definition", enligt Mitra. Tidigare föreslogs att livskraftiga oxidanter på Mars behövde syre eller hade uppstått genom UV-fotooxidation. Ett påstående som kunde förklara Mars röda färg. När det gäller mangan hade vi helt enkelt inte ett livskraftigt alternativ till syre som kunde förklara manganoxider inte förrän nu.

De nya resultaten förändrar grundläggande tolkningar av den tidiga Mars livsvänlighet vilket nu blir en viktig källa för pågående forskning från NASA och European Space Agency.

Men bara för att det sannolikt inte fanns något atmosfäriskt syre tidigare finns det ingen särskild anledning att tro att det inte fanns något liv, sa forskarna.

"Det finns flera livsformer även på jorden som inte kräver syre för att överleva", säger Mitra. "Jag tänker inte på detta som ett" bakslag "för livsmöjlig miljö - bara att det förmodligen inte fanns några syrebaserade livsformer."

Däremot kan extremofila organismer  överleva i en halogenrik miljö - som de saltälskande encelliga organismerna och bakterierna som trivs i Great Salt Lake och Döda havet på jorden – skulle också klara sig bra på Mars.

Bild vikipedia på då Curiositys robotarm visar sin borr på Mars i februari 2013

Kommer James Webbteleskopet att avslöja mer om solsystemet TRAPPIST 1 och dess sju planeter.

 

Fritt citerat från vikipedia; TRAPPIST-1 är en röd dvärgstjärna belägen i Vattumannens stjärnbild 40 ljusår från jorden. Här finns sju planeter alla sju ungefär lika stora som jorden. Omloppstiden för de sex innersta planeterna är mellan ett och ett halvt och 13 dygn den sjunde och yttersta planetens egenskaper är än så länge ganska okända. Det är sannolikt att åtminstone tre av planeterna har flytande vatten. Från stjärnan och utåt benämns planeterna Trappist-1b, Trappist-1c, Trappist-1d, Trappist-1e, Trappist-1f, Trappist-1g, och Trappist-1h.

Namnet TRAPPIST-1 kommer av att planetsystemet upptäcktes med teleskopet Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) på La Silla-observatoriet i Chile". slut citat.

Astronomer har ägnat mycket tid åt att lära sig så mycket som möjligt om de sju TRAPPIST-1-världarna. 2018 föreslogs i en studie att dessa planeter var stenplaneter och att vissa kunde innehålla mer vatten än jorden. 2021 hävdades i en annan studie att de sannolikt var stenplaneter även om de hade lägre densitet än planeterna i vårt solsystem.

Fyra av de sju planeterna finns i stjärnans beboeliga zon - tillräckligt nära för att ha flytande vatten. Alla sju planeter kretsar närmare sin sol än Merkurius gör vår sol. Dock ska vi ha i minnet av det är två skilda slag av solar. Trappist 1 är en röd dvärgstjärna av storlek som vår Jupiter medan vår sol är mycket hetare och större (min anm.).

Med tanke på att Trappist 1  är mycket svalare än vår sol kanske det inte påverkar temperaturen på planeterna så mycket  att liv och vatten skulle vara omöjligt. Men det påverkar på andra vis.

Till exempel kretsar den närmaste planeten, TRAPPIST-1b, runt sin sol på enbart 1, 9 jorddagar. Det är ett väldigt kort år och visar på ett kort avstånd till solen. På TRAPPIST-1h, den längst bort liggande tar det19 dagar  för en runda om sin sol. Dessutom är alla planeter sannolikt tidvattenlåsta likt vår måne är till jorden, innebärande att samma sida alltid är nattsida och den andra dagsida.

Trots dessa skillnader är TRAPPIST-1 fortfarande det främsta exoplanetmålet för JWST (James Webbteleskopet) på grund av de sju steniga planeterna som ses som intressanta. Och även om detta solsystem har ett av de mest studerade planetsystemenen tror forskare fortfarande att TRAPPIST-1 har mer att avslöja. Man hoppas JWST kan utröna på om det finns atmosfär på planeterna och vad den består av? 

 Webbs NIRSpec-instrument som ingår i teleskopet gör detta till det enda teleskop som kan identifiera signaturen för molekyler som metan, koldioxid och syre på detta avstånd. Gaser som kan vara  tecken på liv på en planet. Efter ett första lovande arbete med att avkoda gaserna i atmosfären i WASP-39b fick astronomer för några veckor  JWT få en tid för en  första titt på TRAPPIST-1-systemet.

Resultatet av detta  har ännu inte granskats eller publicerats. Men vid en konferens vid JWST: s högkvarter - Space Telescope Science Institute i Baltimore - den 13 december diskuterade forskare teleskopets initiala data från dess observationer av TRAPPIST-1g, den näst längst bort liggande planeten från TRAPPIST-1.

Björn Benneke, astronom vid University of Montreal i Kanada, visade att TRAPPIST-1g inte har en väterik atmosfär. Olivia Lim, doktorand vid University of Montreal, presenterade också en studie med liknande resultat för TRAPPIST-1b liksom Alexander Rathcke, astronom vid Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, vid observationer av TRAPPIST-1c.

Vidare undersökningsresultat kommer i framtiden. Men jag (min anm.) är inte imponerad över TRAPPIST1 -systemet. Tvivlar starkt på att det finns mycket att hämta här av organiskt liv.

Bild vikipedia på den beboeliga zonen runt TRAPPIST-1 jämfört med den i vårt solsystem.

Här finns Vintergatans äldsta stjärnor

 

En grupp MPIA-astronomer (Max Planck Society) har lyckats identifiera Vintergatans äldsta stjärnor. De finns i en population av stjärnor som  kvar från den tidigaste historien av vår hemgalax. Det är metallfattiga stjärnor i centrum av galaxen.  Dessa första stjärnor var annorlunda då de innehöll ingen metall.  Flertalet i universum av de första stjärnorna  har gjort slut på sitt bränsle och exploderat som supernovor för länge sedan och då gett upphov till dagens stjärnor och planeter av hög  metallhalt. 

Forskarnas data kommer från den senaste utgåvan av ESA: s Gaia Mission ett neuralt nätverk för att extrahera metalliciteter i två miljoner  jättestjärnor i den inre regionen av vår galax.

Upptäckten av dessa gamla stjärnor och dess uppbyggnad ger bekräftelse för de kosmologiska datasimuleringar av vår hemgalax tidigaste historia som tidigare gjorts och dragits slutsatser från.

Vintergatan, bildades gradvis under nästan hela universums historia som sträcker sig över 13 miljarder år tillbaks i tiden. Under de senaste decennierna har astronomer genom datamodellering lyckats rekonstruera olika epoker av den galaktiska historien.  Alla stjärnor har genomgått en uppbyggnadsmodell som möjliggör en allmän bedömning av ålder: en stjärnas metallhalt, definierad som mängden kemiska element tyngre än helium i stjärnans atmosfär.

Grundämnen, som astronomer kallar metaller, produceras inuti stjärnor genom kärnfusion och släpps ut nära eller i slutet av en stjärnas liv - då en stjärna med låg massas atmosfär skingras.  Men desto större massa en stjärna innehåller desto mer våldsamt slut får en stjärna den exploderar då som en supernova. På detta sätt förändras varje generation av stjärnor ur den interstellära gasen från vilken nästa generation stjärnor bildas och i allmänhet kommer varje generation av stjärnor att innehålla högre metallhalt än tidigare generationer av stjärnor.

För mer om detta ämne se denna länk https://phys.org/news/2022-12-astronomers-ancient-heart-milky-galaxy.html

Bild  https://phys.org/ Karta över särskilt metallfattiga jättestjärnor identifierade från Gaia DR3-data som visar, som en koncentrerad region (markerad med en circke), de äldsta stjärnorna  i centrala delarna av Vintergatan. Kartan visar hela natthimlen på samma sätt som vissa kartor över världen visar jordens yta. I mitten av kartan är riktningen mot mitten av Vintergatan. Upphovsman: H.-W. Rix / MPIA

Mysteriet med Vintergatans satellitgalaxer

 

Det finns 59 små galaxer (dvärggalaxer) bekräftade inom 1,4 miljoner ljusår liggande nära  Vintergatan. Alla befinner sig däremot inte i omloppsbana runt galaxen.  Se denna länk vilka dessa 59 dvärggalaxer är. Några känner de flesta till som ex det lilla och stora Magellanska molnet. 

Detta som man kan se som  arrangemang av galaxer  har förbryllat astronomer i mer än 50 år. Något som fått många att ifrågasätta den kosmologiska standardmodell vi utgår från då det gäller galaxer.

En modell har utarbetats  nu som kan förklara bildandet av universum och hur galaxerna vi ser bildas ännu idag är bildade i klumpar av kall mörk materia. Det mystiskt ämne som utgör cirka 27 procent av universum.  Ett ämne jag tvivlar på finns utan istället är en form av vanlig materia som påverkats till denna form av gravitation och kanske har samband med kvantteorin och kan förklaras med strängteorin men vi inte förstår idag (min anm.).  

Eftersom det inte finns någon känd fysisk mekanism som skulle konstruera långlivade satellitplan (den bana eller de banor dessa dvärggalaxer finns inom) ansåg en del  astronomer att teorin om kall mörk materia för galaxbildning skulle vara fel. Även jag tror det är fel och det ännu idag (min anm.).

Den nya forskningen utförd tillsammans med ett internationellt team av forskare, har nu funnit att satellitplanet i Vintergatan är kosmologiskt möjligt att förklara med påverkan av mörk materia. Det innebär att forskarvärlden inte vill lämna idéen om mörk materia utan på alla vis försöker få den att passa in i de fall det finns motsättningar till den. Anledningen är att i annat fall får kosmologins hörnpelare arbetas om och sökandet efter förklaringar börja om (min anm.). Ett nytt paradigm inom naturvetenskaper berör all kunskap och förfalskar gammal.

Med hjälp av data från Europeiska rymdorganisationens rymdobservatorium GAIA använde forskarna superdatorteknik för att projicera satellitgalaxernas banor i det förflutna och i framtiden.

De upptäckte då att galaxplanet bildas och upplöses på några hundra miljoner år vilket är ett kort ögonblick kosmiskt sett. 

De insåg att tidigare studier baserade på datorsimuleringar hade misslyckats med att ta hänsyn till satelliternas avstånd från Vintergatans centrum något som fick de virtuella satellitsystemen (banorna) att framstå som mycket rundare i formen än de är. 

Med hänsyn till detta hittade de flera virtuella Vintergator (datorsimuleringar av Vintergatan) med ett plan av satellitgalaxer som liknar det som ses genom teleskopen. 

Detta utesluter enligt forskarna en av de viktigaste invändningarna mot kosmologins standardmodell och innebär att begreppet kall mörk materia förblir hörnstenen av vår förståelse av universum. (Något jag anser som feltolkning (min anm.). 

Bild vikipedia på Stora Magellanska molnet är den fjärde största satellitgalaxen i Lokala gruppen.