De ensamma solsystemens historia

 

Mellan stora kluster av  tusentals galaxer vandrar  ensamma stjärnor vilka troligen även de likt merparten stjärnor har planeter. Dessa stjärnor är inte gravitationellt bundna till någon galax eller stjärnhop.

Astronomer undrar sedan länge hur dessa stjärnor blev isolerade och inte har fångats in av någon galax eller blivit kvar i den stjärnhop de bildades i.  Flera konkurrerande teorier försöker förklara detta. Kastades de ut från en galax efter sammanslagning mellan två galaxer eller var de någon av de första stjärnorna som bildades i ett gasmoln och efteråt tog en egen riktning eller stannade kvar medan gasmolnet flyttade på sig? Slumpen är tveksam som förklaring då det finns många ensamma solsystem mellan galaxerna.

En nyligen genomförd undersökning i det infraröda fältet från NASA: s Hubble Space Telescope kastar nytt ljus över mysteriet. De nya Hubble-observationerna tyder på att dessa stjärnor har vandrat runt i miljarder år och inte är en produkt av nyare dynamisk aktivitet (stjärnbildning) i en galaxhop.

Undersökningen omfattade 10 galaxhopar så långt bort som nästan 10 miljarder ljusår. Dessa mätningar gjordes från rymden eftersom det svaga ljuset från dessa ensamma stjärnor ses 10000 gånger svagare i ljusstyrka sett från teleskop på Jorden.

Undersökningen visar att styrkan i ljuset i förhållande till det totala ljuset i stjärnklustret i närområdet  förblir konstant över miljarder år tillbaka i tiden. "Det betyder att dessa stjärnor var ensamma redan  i de tidiga stadierna av stjärnklustrets bildande", säger James Jee vid Yonsei University i Seoul, Sydkorea. Hans rapport om fenomenet publicerades den 5 januari i Tidningen Nature.

– Vi vet inte exakt varför de blev ensamstjärnor. Nuvarande teorier kan inte förklara våra resultat, men på något sätt producerades de i stora mängder i det tidiga universum, säger Jee. "Under sina tidiga formativa år kan galaxer ha varit ganska små och de förlorade stjärnor ganska lätt på grund av ett svagare gravitationsgrepp." (se min kursivering ovan på en möjlig förklaring.

"Om vi förstår ursprunget till dessa stjärnor kommer det att hjälpa oss att förstå hur galaxhopar bildas och det kan fungera även i sökandet efter  mörk materia som omsluter klustret", säger Hyungjin Joo från Yonsei University, 

Mörk materia är universums osynliga byggnadsställning, som håller samman galaxer och galaxhopar (enligt dagens accepterade teori min anm.).

Om stjärnorna kom till under klustrets tidigaste tid skulle de spridits över hela klustret. Detta skulle göra det möjligt för astronomer att använda de ensamma stjärnorna för att kartlägga den mörka materiens utbredning i stjärnhopen.

Tekniken som används i undersökningen är ny och kompletterar den traditionella metoden för kartläggning av mörk materia genom att mäta hur hela klustret förvränger ljus från bakgrundsobjekt på grund av ett fenomen som kallas gravitationslinsning. 

Ljuset från dessa ensamma stjärnor upptäcktes först i Coma-galaxhopen  under 1951 av Fritz Zwicky, som rapporterade att en av hans mest intressanta upptäckter var att observera svagt lysande intergalaktisk materia i galaxhopen. Eftersom Coma-hopen, som innehåller minst 1 000 galaxer, är en av de närmaste klustren till jorden (330 miljoner ljusår bort), kunde Zwicky upptäcka spökljuset även med ett 18-tums teleskop. Han tänkte sig däremot inte att det var ensamma solsystem han såg. 

NASA: s James Webb Space Telescopes infrarödinstrument är mycket känsligt och kommer att utvidga sökandet efter ljus från dessa stjärnor djupare in i universum och det bör hjälpa till att lösa mysteriet med dess ensamhet. Mysteriet är hur de blev ensamma vandrare och vidare undersökning kan även ge ny kunskap om det som kallas mörk materia,

Bild vikipedia på Comagalaxklustert

Bättre utrustning behövs i sökandet efter liv på andra planeter

 

Inlägget grundas på en artikel från https://phys.org/ varifrån innehållet hänvisas till Felix Würsten, ETH Zurich

Ett lovande tillvägagångssätt för  är att analysera exoplaneters atmosfär är att studera absorptionslinjerna i dess sols optiska spektrum då kan forskare avgöra vilka molekyler som finns i exoplanetens atmosfär åtminstone då det gäller större planeter.

Förutom att söka efter tecken på metan, koldioxid, syre eller vattenånga är det intressant att identifiera kombinationer av dessa ämnen.

– Både metan och syre finns i jordens atmosfär, säger Sascha Quanz, professor Exoplanets and Habitability at ETH Zurich. "Detta är en kemisk obalans som inte skulle existera utan levande organismer." Med andra ord måste liv ha orsakat denna obalans. Upptäckten av en sådan obalans i atmosfären i en jordliknande exoplanets atmosfär skulle vara en stark indikator på närvaron av liv på planeten.

Helst skulle det naturligtvis vara än bättre om vi kunde ta direkta bilder av exoplaneter snarare än att observera dem indirekt när de passerar framför sin sol. Det är dock lättare sagt än gjort eftersom exoplaneter nästan helt döljs av sina moderstjärnors bländande sken. För att ta itu med detta problem har Quanz i samarbete med andra forskare utvecklat ett instrument som kallas Extremely Large Telescope. Detta teleskop byggs just nu i Chiles Atacamaöken och när teleskopets 39 meter långa spegel väl är i drift kommer det att kraftigt förbättra astronomernas förmåga att kika djupare ut i rymden.

" Med Extremely Large Telescope (ELT)  kommer vi då för första gången att kunna ta direkta bilder av en jordliknande planet som kretsar kring en sol eftersom det här nya instrumentet kommer att blockera ljuset från dess sol", säger Quanz.

 Men frågan är vart  forskare ska rikta sökandet efter liv? Vilka signaler ska de leta efter? Några ledtrådar finns i fysiska modeller, till exempel de som utvecklats av Judit Szulágyi, biträdande professor i beräkningsastrofysik Inst. f. Teilchen-​ und Astrophysik vid ETH Zürich och hennes team. Dessa modeller kan användas för att rekonstruera hur planeter bildas över tid från den ursprungliga, protoplanetära skivan av stoft och gas som virvlar runt en nybildad stjärna och modellerna hjälper också till att avgöra vilka objekt som är värda en närmare inspektion via teleskop.

Szulágyi bygger datamodeller som tar hänsyn till en hel rad faktorer inklusive gravitationskrafter, magnetism, gasers rörelse och hur stjärnljus interagerar med skivmaterial. Genom att beräkna otaliga olika kombinationer av dessa parametrar kan vi få en uppfattning om mångfalden av planeter som är intressanta att undersöka och var dessa kan finnas i universum.

Men erfarenheten visar gång på gång att naturen ofta innehåller mer än vad modellerna förutspår. Till exempel överraskades vetenskapliga samfundet av upptäckten att jätteplaneter av Jupiters storlek kunde kretsa mycket nära sin sol. Forskare var även fascinerade av förekomsten av så kallade superjordar, steniga likt jorden men ungefär en och en halv gånger större.

Szulágyi erkänner att hennes modeller regelbundet visar sig vara felaktiga och kräver omräkningar men är likväl optimistisk: "Det driver oss ständigt att ompröva våra idéer om hur planeter bildas." En av de viktigaste frågorna Szulágyi hoppas kunna besvara med sina modeller gäller vattnets ursprung.

– Livet på jorden kräver vatten, säger hon. "Därav vårt intresse för platser som visar tecken på vatten."

Objekt som innehåller vatten hittas även inom vårt eget solsystem, och astronomer är angelägna om att ta reda på mer om dem under de kommande åren. Det inkluderar Jupiters måne Europa, som sannolikt har ett hav under sin tjocka isiga skorpa, och Saturnus måne Enceladus, där forskare har observerat fontäner av ispartiklar som bryter upp från ytan, mm.

Bild vikimedia på hur ett stjärnskepp med stjärnbesökare kan se ut.

En teori om hur gravitationsvågor kan se ut i ett svart hål.

 

Svarta hål är ännu inte förstådda inom vetenskapen. Delvis beroende på att ekvationerna för allmän relativitet som används för att förstå dem inte stämmer när man studerar svarta håls ultratäta centrum. Astronomer har nu beskrivit hur detta kanske kan förklaras om man använder gravitationsvågors rörelse för att "se" in i sammanslagna svarta hål och lära sig vad som sker där.

I Einsteins allmänna relativitetsteori är svarta hål objekt så starkt sammanpressade att inte ens ljus kan reflekteras eller ses utifrån då det kommit in i dessa beroende på den starka gravitation som råder där. Ett svart hål har i sin omkrets den så kallade händelsehorisonten - om du passerar över den tröskeln kommer du aldrig att komma därifrån. Relativitetsteorin förutspår också att centrum i svarta hål har oändligt hög densitet, så kallade singulariteter.

Närvaron av singulariteter innebär att ekvationerna som används i den allmänna relativitetsteorin  bryts ner till  oändligheter (kan jämföras med talet pi som inte heller har någon lösning. Något som visar att den allmänna relativitetsteorin är ofullständig. Det bör finnas en mer grundläggande teori troligen kopplad till kvantfysiken i subatomära skalor som korrekt (enligt teorin) kan beskriva vad som händer i centrum av ett svart hål. Vi har ännu ingen fullständig kvantteori om gravitation, men flera förslag på  teorier.

Till exempel finns strängteorin som förutsäger att alla partiklar i universum består av extremt små vibrerande strängar. Det finns också loopkvantgravitation, som säger att rymdtiden i sig är gjord av små, odelbara bitar som kan liknas vid pixlar på en datorskärm.

Båda dessa tillvägagångssätt kan ersätta den traditionella singulariteten i centrum av ett svart hål med något annat. Men när du ersätter singulariteten eliminerar du vanligtvis också händelsehorisonten. Det beror på att händelsehorisonten orsakas av singularitetens oändliga gravitationskraft. Utan singulariteten är gravitationskraften enbart otroligt stark men inte oändlig och då kan du alltid fly från närområdet av ett svart hål så länge du flyr med tillräcklig hastighet. Kanske inte så dum teori.

I vissa varianter av strängteori ersätts singularitets- och händelsehorisonterna av sammanflätade nätverk av trassliga knutar av rummet och tiden. I loopkvantgravitation blir singulariteten en extremt liten, extremt tät klump av exotisk materia. I andra modeller ses det svarta hålet istället som ett tunt skal av materia, eller av klumpar av  typer av spekulativa partiklar.

De närmaste kända svarta hålen från oss finns tusentals ljusår bort vilket gör det svårt att testa skilda teorier. Men ibland skickar svarta hål oss viktig information att arbeta vidare med för förståelse speciellt när två svarta hål sammanslås. När så sker släpps det ut mängder av gravitationsvågor som krusningar i rumtiden som kan detekteras med känsliga instrument på jorden exempelvis av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)  och VIRGO.

Nyckeln till förståelse är  däremot inte gravitationsvågorna som avges under själva sammanslagningen utan de som släpps ut direkt efter denna enligt en artikel i www.livescience.com. När sammanslagningen är klar och två svarta hål blivit ett enda vibrerar den nya sammanslagna massan av en intensiv mängd energi. Denna fas har en distinkt gravitationsvågsignatur.

Genom att studera dessa signaturer kanske forskare en dag kan förstå vilken teori om svarta hål som håller och vilka som inte gör det. Varje modell för svarta hål förutsäger skillnader i gravitationsvågor som avges under denna fas som härrör från skillnader i det svarta hålets inre struktur. Med olika svarta hålstrukturer kommer olika typer av gravitationsvågor att släppas ut och då förfalska eller eller bevisa en teori.

Astronomer hoppas att nästa generation av gravitationsvågsdetektorer blir tillräckligt känsliga för att upptäcka dessa förutspådda små förändringar av signatur vid sammanslagningar av svarta hål. Om de blir så kommer det att radikalt förändra vår uppfattning om svarta hål och ta oss framåt när det gäller att reda ut det vi idag inte förstår om svarta hål.

Inlägget ovan utgår från Paul M. Sutters som är forskningsprofessor i astrofysik vid SUNY Stony Brook vars artikel publicerad i https://www.livescience.com/  och i https://www.space.com 

Bild från space.com på en illustration av två sammanslagna svarta hål. (Bildkredit: Mark Myers, ARC Center of Excellence för gravitationsvågupptäckt (OzGrav))

Juice tävling anordnas under tiden som vi väntar på Juice ska sändas till Jupiter Europa, Ganymedes och Callisto.

 

Juice uppdraget handlar om att utforska gasjätten Jupiter och dess tre stora ismånar Europa, Ganymedes och Callisto vilka troligen har ett hav under sin istäckta yta. Ett av uppdragets viktigaste mål är att försöka utreda om haven under dessa isiga månara yta  någonsin kan ha haft eller innehåller liv.

Rymdfarkosten kommer att skjutas upp på en Ariane 5 i april 2023 och ge sig ut på en åttaårig resa  där det ingår gravitationsassistans genom en flybys av jorden för att få extra energi och rätt riktning,  i denna flyby ingår även Venus. Juice anländer till Jupiter och dess månar under 2031. Farkosten kommer att kretsa runt Jupiter och göra 35 förbiflygningar av de tre stora månarna innan den byter bana för en omloppsbana runt Ganymedes i en riskfylld och unik studie av denna måne.

En tävling har utlysts med anledningen av det kommande uppdraget av ESA (European Space Agency) där alla kan medverka genom ett eget kombinerat rymdbaserat juicerecept. 

Oavsett om du hämtar inspiration från de krämiga virvlarna i Jupiters atmosfär, från ismånarnas skiktade struktur eller från de utmanande operationer som behövs för att flyga till och runt i Jupitersystemets extrema rymdmiljö är det fritt att skapa ditt eget  SpaceJuice recept! Vinnaren av det mest fantasifulla receptet kommer att bjudas in till ESA:s uppskjutningsevenemang Social Space i Darmstadt, Tyskland där kommer våra favorit rymdjuicer att serveras!

Anmälningsblankett till deltagande i tävlingen görshär. 

Bild vikipedia av hur det kan se ut då rymduppdraget genomförs.

Det finns ett slag av supernova som förstör ozonskikt på planeter på stora avstånd

 

Ozon, O3 är en gas bestående av tre syreatomer per molekyl. Ozonlagret finns i jordens stratosfär och är viktigt för livet på jorden eftersom ozon oskadliggör den farliga UV-strålningen (ultraviolett strålning) från solen.

Högenergistrålning i detta fall ovannämnda UV-strålning  kan däremot katalysera syre och skala bort jordens skyddande ozonskikt. Utan ozonskiktet skulle livet på Jorden drabbas av den fulla kraften av ultraviolett strålning från solen vilket kunde leda till en kanske total utrotning av organiskt liv på Jorden.

Högenergistrålningen sker under de första sekunderna av en supernova. Men ett ännu större hot kommer senare. Kosmiska strålar innebärande subatomära partiklar accelererade till nära ljusets hastighet utsöndras ur strålströmmen i hundratals eller tusentals år. Dessa strålar bär med sig en bråkdel av den totala supernovaenergin men kan likväl förstöra ozonskiktet på en planet som ligger i dess riktning.

Sådana händelser kan ha hänt tidigare i vårt närområde. Analys av månregolit (månjord) och djuphavskärnprov avslöjar betydande mängder järn-60, en radioaktiv isotop av järn som endast produceras av supernovor. Närvaron av järn-60 tyder på att jorden drabbats av supernovautkast så sent som för några miljoner år sedan.

Baserat på hoten från gammastrålning och kosmisk strålning har astronomer likväl dragit slutsatsen att vi är relativt säkra för närvarande. Detta då det inte finns närliggande supernovakandidater som kan utgöra ett hot mot Jordens liv eller ozonlager i nutid.

Men astronomer har dock hittat en ny potentiell fara som de beskriver i en artikel som publicerades i preprintdatabasen arXiv i oktober: En viss klass av supernova kan släppa ifrån sig en form av dödlig strålning som rör sig mycket längre från källan än den strålning som vanligast kommer från en supernova. 

Denna speciella klass av supernova uppstår när en stjärna som närmar sig slutet av sitt liv är omgiven av en tjock skiva av materia. Efter den första supernovaexplosionen bildas då en chockvåg som smäller in i skivan. Chockvågen värmer skivan till  höga temperaturer vilket gör att skivan avger stora mängder röntgenstrålning. Få stjärnor har en sådan skiva men de som har detta är av potentiellt farligare slag om de exploderar som en supernova.

Den tjocka skivan kan ses som en protoplanetär skiva runt en stjärna. Något som unga stjärnor har och varifrån planeter bildas (min anm.). Frågan som inte ställs ovan eller av forskarna här är varför en gammal stjärna har en sådan skiva?

Denna röntgenstrålning innehåller stora mängder energi och färdas extremt långa sträckor. I den senaste studien fann astronomerna att dessa röntgensupernovor kan överväldiga en planets ozonskikt och tömma ozonskiktet med så mycket som 50 %, vilket är mer än tillräckligt för att utlösa en massutrotning av liv. Detta kan ske Jorden med om detta slags supernova sker upp till  150 ljusår från oss.

Tack och lov förblir jorden säker, eftersom vi inte känner till någon kandidat för röntgensupernova i närheten eller supernova i vårt närområde.  Men den nya studien sätter ytterligare gränser för den galaktiska beboeliga zonen i rymdens innebärande den region i varje galax som kan stödja liv.

I de yttersta delarna av en galax är stjärnbildningen för låg för att bygga upp de nödvändiga ingredienserna för steniga planeter (här blir det gasplaneter). Men de täta galaxkärnorna, där stjärnor skapas och dör i en frenetisk takt är också dödliga supernovor vanligare, eftersom frekventa supernovor översvämmar sin omgivning med strålning.

Den nya studien visar att den inre kanten av den galaktiska beboeliga zonen förmodligen är längre bort från galaxens kärna än vi tidigare antagit. Trots att jorden drabbas då och då är den dock i ett av de säkraste områdena i hela galaxen (vi finns i en spiralarm).

Inlägget ovan utgår från en artikel av Paul M. Sutter är astrofysiker vid SUNY Stony Brook och Flatiron Institute i New York City publicerad i https://www.space.com

Bild vikipedia på Ozon-syre-kretsloppet i ozonskiktet.

Vid både Kennedy Space Center och Cape Canaveral Space Force Station sker många uppskjutningar göras i år.

 

Uppskjutningsramperna vid både Kennedy Space Center och Cape Canaveral Space Force Station har nått en takt på mer än en uppskjutning i veckan och under 2022 skedde 57 uppskjutningar av raketer ut i rymden.

Den takten kan fördubblas 2023 när fler leverantörer av lanseringstjänster etablerar sig i Brevard County, säger Frank DiBello, VD och koncernchef för Space Florida, statens byrå för ekonomisk utveckling inom flygindustrin. En stor del kommer från SpaceX som fortsätter att rulla ut sina Falcon 9-raketer under 2023.

Medan NASA: s Space Launch System-raket gav rubriker i november då den lanserade Orion till månen för Artemis I-uppdraget, kommer den inte att starta igen förrän tidigast 2024.

Det finns många planer bara från USA under 2033. För att läsa mer om dessa uppskjutningar, se denna medföljande länk. 

Utöver det sänds raketer ut från Europa och Asien men dessa tas inte upp här.

Bild vikipedia på Cape Canaveral Space Force Station; Klicka på en etikett för att läsa mer om den. Varje nummer på bilden är en plats att lära mer om. För att göra det gå först in på denna länk från vikipedia. Det funkar inte direkt på  bilden ovan.  

Nya rön om mörk materias existens i tid

 

Forskare vid Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) i Kina har nyligen presenterat ca 1,5 års observationsdata där nya gränser beräknas för livslängden för tunga partiklar bestående av mörk materia med massor mellan 10^5 och 10^9 giga-elektronvolt.

Studien har titeln "Constraints on heavy decaying dark matter from 570 days of LHAASO observations" och publicerades nyligen i Physics Review Letter.

Hittills har inget säkert kunnat sägas om mörk materia och dess grundläggande egenskaper. Vintergatans gravitationsmodell visar att det finns en mycket hög densitet av det vi kallar mörk materia i dess centrum och att gammastrålarna som produceras genom sönderfall av denna mörka materia kommer att fortsätta stråla ut från galaxens centrum i hundratals eller till och med tusentals ljusår. Men under lång tid har observationen av gammastrålar med ultrahög energi som produceras av tung mörk materia mött stora utmaningar, främst på grund av närvaron av andra slag av bakgrundsstrålning.

Tack vare sin oöverträffade höga detektionskänslighet för gammastrålar med ultrahög energi (>100 TeV) har LHAASO en mycket unik potential att observera gammastrålar som sönderfaller från tung mörk materia kan LHAASO eliminera bakgrundsstrålningen med nästan sex storleksordningar (över 100 TeV) vilket avsevärt minskar störningen från bakgrundsstrålning och förbättrar förmågan att fånga just gammastrålar.

Genom att använda data från KM2A-undergruppen av LHAASO mätte forskare intensiteten hos gammastrålar bestående av ultrahög energi bortom det galaktiska planet och kunde bestämma några av de starkaste gränserna hittills för livslängden av mörk materia. Gränsen är nästan 10 gånger högre än tidigare resultat visat. Studien visar att PeV-massa (mörk materia) har en livstid på minst ca miljarder biljoner år (10 ^ 21 år).

LHAASO: s observationer av gammastrålar kompletterar andra experiment i sökandet efter mörk materia. Detta då LHAASO:s fungerar stabilt och gradvis ackumulerar data vilket gör att denna gräns att ökas ytterligare.

Studien genomfördes av professor. LI Zhe och CHEN Songzhan från Institutet för högenergifysik vid den kinesiska vetenskapsakademin, professor. Kenny C. Y. Ng från Chinese University of Hong Kong och Dr. Marco Chianese från University of Naples Federico II i Italien.

Bild vikipedia på Hästhuvudnebulosan.