Skilda resultat visas på universums expansionshastighet beroende på mätinstrument

 

Universum expanderar – men exakt hur snabbt kan diskuteras då skilda mätresultat från skilda men absoluta metoder ger skilda resultat. Svaret ger därför flera svar och beror på om det tas hänsyn till den kosmiska expansionshastighet - kallad Hubbles konstant, (Hubbles lag) eller H0 - baserat på ekot från Big Bang (den kosmiska mikrovågsbakgrunden kallad CMB) eller om man mäter H0 direkt baserat på dagens stjärnor och galaxer. Problemet är känt som Hubble-spänningen och förbryllar astrofysiker och kosmologer runt om i världen.

I en ny studie utförd av forskargruppen Stellar Standard Candles and Distances, ledd av Richard Anderson vid EPFL: s Instituteof Physics läggs en ny bit till lösningen. Forskningsresultatet är publicerat i Astronomy &; Astrophysics och uppnådde den mest exakta kalibreringen av cepheidstjärnor. 

Cepheidstjärnor är en typ av variabel stjärna vars ljusstyrka fluktuerar över en definierad period och därför används vid  avståndsmätningar. Forskningen var baserad på data som samlats in genom  Europeiska rymdorganisationens (ESA: s) Gaia-uppdrag. Den nya kalibreringen förstärker Hubble-spänningen ytterligare. 

Hubblekonstanten (H0) är uppkallad efter astrofysikern som tillsammans med Georges Lemaître upptäckte fenomenet i slutet av 1920-talet. Det mäts i kilometer per sekund per megaparsec (km / s / Mpc), där 1 Mpc är cirka 3,26 miljoner ljusår.

Vid den bäst direkta mätningen av H0 används en "kosmisk avståndsstege", vars första steg ställs in  ur den absoluta kalibreringen av Cepheidstjärnors ljusstyrka, nu omkalibrerad i den nya studien. Cepheiderna kalibrerar i sin tur nästa steg på stegen, där supernovors  expansion analyseras. Denna avståndsstege, mätt av supernovorna, H0, för Equation of State of dark energy (SH0ES) gjorde teamet under ledning av Adam Riess, vinnare av Nobelpriset i fysik 2011 av H0 på 73,0 ± 1,0 km / s / Mpc.

H0 kan också bestämmas genom att tolka CMB - vilket är den allestädes närvarande mikrovågsstrålning som finns kvar från Big Bang. Detta "tidiga universum"  som mätmetod måste dock antas som den mest detaljerade fysiska förståelsen av hur universum utvecklas vilket gör det till modellberoende. ESA:s Plancksatellit har tillhandahållit de mest kompletta uppgifterna om CMB, och dess arbetsmetod var H0 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc.

Den nya studien är viktig eftersom den förstärker avståndsstegen genom att förbättra kalibreringen av cepheider som avståndsspårare. Faktum är att den nya kalibreringen gör det möjligt att mäta astronomiska avstånd inom ± 0,9%, och det ger starkt stöd till  mätningen. Dessutom bidrog resultaten som erhölls vid EPFL, i samarbete med SH0ES-teamet, till att förfina H0-mätningen vilket resulterade i förbättrad precision och en ökad betydelse för Hubble-spänningen.

Studien bekräftar expansionshastigheten på 73 km/s/Mpc, men ännu viktigare den ger även de mest exakta, tillförlitliga kalibreringarna av cepheider som verktyg för att mäta avstånd hittills, beskriver Anderson det i studien och tillägger att de även utvecklade en metod som sökte efter cepheider  i stjärnhopar i Vintergatan. Tack vare detta  kunde vi dra nytta av det bästa i  Gaias parallaxmätningar samtidigt som vi kunde dra nytta av den ökade precision som de många stjärnhopsmedlemmarna gav. Det gjorde det möjligt för oss att pressa noggrannheten av Gaia-parallaxer till sin gräns och ge en fastaste grund för arbetsmetoden med avståndsstegen.

En skillnad på bara några km/s/Mpc  spelar stor roll i universums enorma skala beskriver Anderson och tillägger med följande liknelse: Antag att du vill bygga en tunnel genom att gräva från två motsatta sidor av ett berg. Om du har förstått typen av sten korrekt och om dina beräkningar är korrekta, kommer de två hålen du gräver att mötas i mitten. Men om de inte gör det betyder det att du gjort ett misstag - antingen är dina beräkningar felaktiga eller så har du fel om typen av sten. Det är vad som händer med Hubble-konstanten. Ju mer bekräftelse vi får på att våra beräkningar är korrekta desto mer kan vi dra slutsatsen att diskrepansen innebär att vår förståelse av universum är felaktig att universum inte är riktigt  som vi trodde.

Skillnaden har även många andra konsekvenser. Den ifrågasätter själva grunderna, som den mörka energins natur, tid-rymdkontinuum och gravitationen. Det betyder enligt Anderson att vi måste ompröva de grundläggande begreppen som ligger till grund för vår övergripande förståelse i fysik.

Jag (mina funderingar) anser att vi inte har hel förståelse av fysiken (verkligheten) och att ett paradigmskifte förr eller senare kommer. Kanske strängteorin ska tas mer på allvar då den kan förklara det mesta kanske allt.

Forskargruppens studie ger ett viktigt bidrag även inom andra områden. – Eftersom våra mätningar är så exakta ger de oss insikt i Vintergatans geometri, säger Mauricio Cruz Reyes, doktorand i Andersons forskargrupp och huvudförfattare till studien. Den mycket noggranna kalibrering vi utvecklat kommer att göra det möjligt för oss att bättre bestämma Vintergatans storlek och form och dess avstånd till andra galaxer. Vårt arbete bekräftade också tillförlitligheten hos Gaia-data genom att jämföra dem med dem från andra teleskop.

Bild flickr.com

Dvärgstjärnan YZ Ceti med planet YZ Ceti b

 

Ett av astronomins funderingar  är om någon jordliknande planet finns därute eller om vi är ensamma i ett gränslöst universum.

Professor Jackie Villadsen vid Bucknell University physics & astronomy lägger nu fram bevis (inte på en jordliknande planet med liv utan) på att det troligast finns minst en jordliknande planet med samma slag av magnetfält Jorden har.  

Villadsen är medförfattare till en artikel som publicerades i dagarna i tidskriften Nature Astronomy. I artikeln dokumenterar Villadsen upptäckten av skurar av radiovågor från den röda dvärgstjärnan YZ Ceti som finns 12 ljusår bort från oss. Stjärnan har en planet, YZ Ceti b som kretsar mycket nära stjärnan och styrkan hos radiovågorna tyder på att denna planet kan ha ett magnetfält som liknar jordens.

Villadsen och medförfattare J. Sebastian Pineda, forskningsastrofysiker vid University of Colorado Boulder, observerade en upprepande radiosignal som härrör från YZ Ceti med hjälp av Very Large Array ett radioteleskop i Mexiko som drivs av US National Science Foundation (NSF) National Radio Astronomy Observatory (NRAO). 

Både Pineda och Villadsen får stöd av NSF i att undersöka växelverkan mellan avlägsna stjärnor och deras planeter. Villadsen beskriver  att planeters magnetfält är" kraftfält "som skyddar planeterna från att förlora all sin atmosfär så att hitta sätt att upptäcka dessa kraftfält är intressant då ett sådant kan visa på en möjlig atmosfär.  Om vi har rätt och YZ Ceti b orsakar dessa radiovågor kan den ha ett magnetfält som liknar jordens.

Data samlades in från YZ Ceti och dess system av planeter under en 25-timmarsperiod.

I sin artikel dokumenterar forskarna 2- till 4-gigahertzdetekteringar av radioskurar på den långsamt roterande YZ Ceti under omloppstiden för YZ Ceti b, den innersta planeten i detta solsystem. Två koherenta skurar inträffar vid liknande banposition när YZ Ceti b svävar runt sin sol vilket tyder på en ökad sannolikhet för magnetisk interaktion mellan planeten och stjärnan.

Vi såg på den här stjärnan i cirka 25 timmar vilket är mindre än en hel omloppsbana men vi följde ungefär en tredjedel av dess omloppsbana och sedan följde vi upp på samma plats där vi sett ett radioutbrott tidigare beskrev Villadsen det. Sedan såg vi en andra radioblixt som var nära samma position på banan. Det är lovande tecken på växelverkan mellan stjärna och planet. Det som behövs på lång sikt är nu att följa upp den här saken och se på fenomenet om och om igen för att se om skurarna alltid inträffar när planeten är nära denna position i sin omloppsbana.

Planetens närhet till sin sol är viktig eftersom den måste vara nära för att potentiellt kunna skicka energi tillbaks till stjärnan.

Bild vikimedia illustration av YZ Cet d storlek kontra Jorden. En av de andra fyra planeterna runt  YZ Cet. På just  YZ Cet b finns ingen illustration tillgänglig. 

Unik plattformad explosion har upptäckts i ett solsystem därute

 

En explosion i storlek som vårt solsystem har förbryllar forskare eftersom en del av dess form liknar en extremt platt skiva  vilket är olikt de explosioner vi hittills sett i rymden.

Explosionen som observerades var en ljusstark FastBlue Optical Transient (FBOT) - en extremt sällsynt explosionsklass då det gäller supernovor. Det första ljusa FBOT upptäcktes 2018 och fick smeknamnet då namnet "the cow".

Då stjärnor exploderar som supernovor är explosionsformen nästan alltid sfärisk formad eftersom  stjärnorna som exploderar själva är sfäriska. Men denna explosion, som inträffade 180 miljoner ljusår bort är däremot den mest asfäriska som någonsin setts, med en form som en skiva. Denna form av explosionen kan ha uppstått från material som stjärnan skjutit ut strax innan den exploderade.

Det är fortfarande oklart hur ljusstarka FBOT-explosioner uppstår men man hoppas att denna observation som beskrivs i en  publicerad artikel i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society kan hjälpa forskare att förstå dem bättre skriver Dr Justyn Maund, från University of Sheffields institution för fysik och astronomi och den som var huvudförfattare till studien och tillägger: Mycket lite är känt om FBOT-explosioner - de beter sig inte som exploderande stjärnor borde de är för ljusa och de utvecklas för snabbt. Enkelt uttryckt är de svåra att förstå och denna nya observation gör inte detta enklare.

 Det finns några möjliga förklaringar. Stjärnorna kan ha skapat en skiva av utkastat material strax innan de exploderade eller kan vara misslyckade supernovor där stjärnans kärna kollapsar till ett svart hål eller neutronstjärna som sedan drar till sig resten av resterna av stjärnan. Vad vi nu vet säkert är att nivåerna av asymmetri som registrerats är en viktig del till förståelse av dessa mystiska explosioner och det utmanar våra förutfattade meningar om hur stjärnor ska explodera i universum

Forskare gjorde upptäckten efter att först ha upptäckt en blixt av polariserat ljus av en slump. De kunde mäta polarisationen av explosionen - med hjälp av den astronomiska motsvarigheten till polaroidsolglasögon - som finns på  Liverpool Telescope (ägt av Liverpool John Moores University) på La Palma.

Genom att mäta polarisationen kunde de mäta explosionens form och se något lika stort som vårt solsystem  i en galax 180 miljoner ljusår bort. De kunde därefter använda  insamlad data för att rekonstruera explosionens 3D-form och kartlägga sprängningens kanter och då upptäcka hur platt den var.

Liverpoolteleskopets spegel är endast 2 meter i diameter men genom att studera polarisationen kunde astronomerna rekonstruera explosionens form som om teleskopet hade en diameter på cirka 750 km.

Forskare kommer nu att genomföra en ny undersökning av universum med det internationella Vera Rubin-observatoriet i Chile vilket förväntas hjälpa till att upptäcka fler FBOTs och ge mer data till att  försöka förstå dem.

Bild vikipedia av en illustration av a FBOT.

Hur Saturnus ringar värmer planetens atmosfär.

 

Nyligen kunde forskare bekräfta att Saturnus stora ringsystem ger värme till Saturnus övre atmosfär. Den som finns närmst ringarna. Ett fenomen som aldrig tidigare setts bland vårt  solsystems övriga planeter. Det var en oväntad och unik upptäckt. Interaktionen mellan Saturnus och dess ringar kan potentiellt ge ett verktyg för att förutsäga om planeter runt andra stjärnor har Saturnusliknande ringsystem.

Vad som avslöjade  fenomenet var ett överskott av ultraviolett strålning sett som i spektrallinje i hett väte i Saturnus atmosfär. Upptäckten  innebär att något förorenar och värmer den övre atmosfären i atmosfären.

Den mest troliga förklaringen är att isiga partiklar i ringen regnar ner i Saturnus atmosfär och att detta orsakar uppvärmning. Det kan bero på effekter av mikrometeoriter, solvindpartikelbombardemang, solens ultravioletta strålning eller elektromagnetiska krafter som drar till sig elektriskt laddat damm. Skeenden som sker under påverkan av Saturnus gravitation vilken drar partiklar mot planeten. När NASAs Cassini-sond störtade in i Saturnus atmosfär i slutet av sitt uppdrag 2017 mätte den de atmosfäriska beståndsdelarna och bekräftade att många partiklar faller in mot Saturnus från ringarna.

Även om den långsamma upplösningen av ringarna är ett känt fenomen (en dag långt fram i tiden finns de inte) är dess inflytande på planetens atomära väte i atmosfären en överraskning, beskriver Lotfi Ben-Jaffel vid Institute of Astrophysics i Paris och Lunar &; Planetary Laboratory, University of Arizona, det i en rapport publicerad den 30 mars i Planetary Science Journal.

Uppvärmningen beror enligt forskarna på att partiklar i ringarna i kaskader dras in i Saturnus atmosfär på specifika breddgrader. Detta modifierar den övre atmosfären och ändrar kompositionen, beskriver Ben-Jaffel. Ben-Jaffels det som i studiens slutsats vilken hade utarbetas ur arkivobservationer av ultraviolett ljus (UV) från fyra skilda rymduppdrag som studerat Saturnus.

Rymduppdragen inkluderar observationer från de två NASA Voyager-sonder som flög förbi Saturnus på 1980-talet och då mätte UV-överskottet. Vid den tiden avfärdade dock astronomer mätningarna som brus i detektorerna.

Cassini som anlände till Saturnus 2004, samlade också in UV-data i atmosfären. Ytterligare data kom från Hubble och International Ultraviolet Explorer, som lanserades 1978 och var ett internationellt samarbete mellan NASA, ESA (European Space Agency) och Storbritanniens Science and Engineering Research Council.

Men den kvardröjande frågan var innan studien om all denna data kunde vara illusoriska eller ett sant fenomen på Saturnus.

Nyckeln till att sätta ihop pusslet gjorde Ben-Jaffels genom att använda mätningar från Hubbles Space Telescopes instrument Imaging Spectrograph (STIS). Dessa precisionsobservationer av Saturnus användes för att kalibrera arkivets alla UV-data från de fyra andra rymduppdragens insamlade data. Han jämförde STIS UV-observationerna av Saturnus med fördelningen av UV från övriga rymduppdrag och instrument.

När allt var kalibrerat såg vi tydligt att spektrat är konsekvent i alla uppdragen. Denna kalibrering var möjlig eftersom vi har samma referenspunkt från Hubble på överföringshastigheten för energi från atmosfären mätt över årtionden, beskriver Ben-Jaffel det.

Fyra decennier av UV-data täcker flera solcykler och hjälper ger även  astronomer data för att studera solens säsongseffekter på Saturnus. Genom att sammanföra alla olika data och kalibrera dem fann Ben-Jaffel att det inte finns någon skillnad i UV-strålningsnivån beroende på säsong. När som helst, var som helst på planeten, kan vi följa UV-strålningsnivån, beskriver han. Detta pekar på ett stadigt "isregn" från Saturnus ringar som den bästa förklaringen.

Bild vikipedia på Saturnus. Bilden tagen av farkosten Cassini under 2004.

Asteroiden Didymos snurrar så snabbt att materia slungas ut från den.

 

Didymos är en asteroid i ett binärt system och klassificeras som en potentiellt farlig asteroid  Apollo-gruppen (jordnära asteroider).  Asteroiden upptäcktes 1996 och har en måne med diametern 160 meter kallad Dimorphos, upptäckt 2003.

Didymos måne, Dimorphos var målet för DART-uppdraget  som innebar att testa om det gick att med en kollision ändra kurs på en asteroid som riskerade träffa jorden. Uppdraget blev lyckat det visade sig fungera.

Ett team av planetforskare vid Universidad de Alicante i Spanien har nyligen upptäckt att asteroiden Didymos snurrar så snabbt att spillror  av den kastas ur den nära dess ekvator. I en artikel publicerad i tidskriften Icarus beskriver forskarna sin studie av asteroidens snurrande och förklarar varför detta kan påverka hur andra rymdobjekt i framtiden bör studeras.

Enligt  tidigare teori har föreslagits att Didymos måne Dimorphos kom till på grund av att skräp  kastades ut från den mycket större asteroiden Didymos. När bitar av material då knoppades av samlades de i närheten och samlades så småningom samman genom gravitation och resultatet blev månen Dimorphos som sedan dess kretsat runt Didymos. Teorin antydde möjligheten att material fortfarande kastas ut från Didymos.

Hittills har forskargruppen kunnat mäta Didymos storlek och massa och har bestämt åtminstone en del av dess sammansättning. De vet också att dess rotationshastighet är så snabb att det kan förklara asteroidens toppliknande form. Gruppen har för studien matat in allt som är känt om asteroiden i en datormodell. Modellen visade att den snurrar tillräckligt snabbt för att kasta ut material från dess ekvator.

När material numera kastas ut tror forskarna att det finns fyra scenarier som kan inträffa; materialet kan helt enkelt falla tillbaka ner på asteroiden, det kan försvinna ut i rymden, fastna i omloppsbana runt asteroiden eller landa på dess måne Dimorphos. De tror att det första alternativet är troligast. 

Men kommer inte att veta säkert förrän förrän Europeiska rymdorganisationens Hera-uppdrag (kommer fram under 2024) då en sond kommer att skickas till Dimorphos och Didymos för att studera dessa och att skicka tillbaka data.

För min del anser jag att båda objekten har bildats samtidigt en gång alternativt har månen Dimorphos fångats in vid en närkontakt av Didymos.

Bild vikipedia Didymos (nere till vänster) och Dimorphos (uppe till höger) fotograferade av rymdsonden DART.

Det största svarta hål som upptäckts

 

Astronomer har nyligen upptäckt ett svart hål i en storlek som aldrig tidigare setts.

Detta gigantiska svarta hål har en massa på 30 miljarder solar och finns i centrum av en galax  hundratals miljoner ljusår från jorden. Astronomer kallar det ett ultramassivt svart hål i motsats till de vanliga svarta hålen som väger någonstans mellan några miljoner till några miljarder solmassor.

Astronomer upptäckte det genom gravitationslinsning innebärande att tyngdkraften böjer ljuset runt extremt massiva föremål. Gravitationslinsning fungerar som naturens eget teleskop och hjälper astronomer se avlägsna ljuskällor förstorade än mer än ett specifikt teleskop klarar av. Läs här  hur det fungerar. 

Detta speciella svarta hål är ungefär 30 miljarder gånger mer massivt än vår sol och ett av de största som någonsin upptäckts och på den övre gränsen för hur stora vi tror att svarta hål teoretiskt kan bli, så det är en extremt spännande upptäckt beskriver James Nightingale, astrofysiker vid Durham University i Storbritannien och huvudförfattare till  studien det.

Studien publicerades onsdagen den 29 mars i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Teamet kom fram till storleken på det svarta hålet genom att analysera förstoringen av förgrundsobjektet i en serie bilder tagna av Hubble Space Telescope. Med hjälp av sofistikerad datormodellering kunde forskarna simulera hur mycket ljus som böjs runt förgrundsgalaxen (genom Gravitationslinsning) där det svarta hålet finns. De testade tusentals svarta hål av skilda storleksmodeller innan de kom fram till en lösning som matchade observationerna.

Det svarta hålet finns i en av galaxerna i galaxhopen Abell 1201 och är det första som upptäckts med denna teknik. Även om det är enormt är det inte särskilt aktivt vilket innebär att det inte sväljer mycket materia och därför inte producerar stark röntgenstrålning.

Bild Vikipedia av  A1201 BCG tagen av MUSE. Multi-unit spectroscopic explorer (MUSE) är en integralfältspektrograf installerad vid Very Large Telescope (VLT) vid Europeiska sydobservatoriet (ESO)

Ny vattenkälla hittad på månen

 

Hur mycket vatten det finns på månen är viktigt att veta  vid planering av framtida månutforskningsuppdrag. Nu har en forskargrupp ledd av prof. HU Sen från Institute of Geology and Geophysics (IGG) vid Chinese Academy of Sciences (CAS) upptäckt slagglaspärlor innehållande vatten genom  Chang'e-5 (CE5) insamlade månjord. 

Analysen visar att dessa pärlor sannolikt visar på en vattenreservoar på månen som kommer från den dynamiska in- och utbrytningen av solvindsbildat vatten och är en del av månens ytvattencykel. Tidigare månuppdrag har bekräftat närvaron av fruset vatten på månen. Det mesta av månens yta har vatten även om mängden är mycket mindre än den på jorden.

Ytvattnet på månen visar dagliga cykler och förluster ut i rymden vilket indikerar att det bör finnas ett hydratiserat lager eller en reservoar nere i månjorden för att kunna upprätthålla retention, frisättning och påfyllning av vatten till månens yta. Tidigare studier av vatteninventering av fina mineralkorn i månjord, slagproducerade agglutinater,  vulkaniska bergarter och pyroklastiska glaspärlor har dock inte kunnat förklara retention, utsläpp och påfyllningen av vatten till månens yta (dvs. månens ytvattencykel). Nu först har man förstått att det bör finnas en ännu oidentifierad vattenreservoar i månjorden som har kapacitet att buffra på månens ytvattencykel.

Doktorand HE Huicun under ledning av prof. HU Sen, föreslog att slagglaspärlor, en allestädes närvarande komponent i månjorden med amorf natur som en potentiell kandidat för undersökning.

Hon karakteriserade systematiskt petrografin, huvudelementkompositionen, vattenmängden och väteisotopsammansättningen av slagglaspärlorna som returnerades av CE5-uppdraget i syfte att identifiera och karakterisera den saknade vattenreservoaren på månens yta.

CE5-slagglaspärlorna visade sig ha homogena kemiska kompositioner och släta exponerade ytor. De kännetecknas av en vattenmängd upp till cirka 2 000 ug.g-1, med extrema deuteriumutarmande egenskaper. Den negativa korrelationen mellan vattenförekomst och väteisotopsammansättning återspeglar att vattnet i CE5-slagglaspärlorna kommer från solvinden.

Forskarna analyserade också vattenmängden längs sex transekter i fem glaspärlor, som då visade hydratiseringsprofilerna för solvindsbaserat vatten. Vissa glaspärlor överlappades av en senare vattenavgasningshändelse. Slagglaspärlorna fungerade som en svamp för buffring av månens ytvattencykel. Forskarna uppskattar att mängden vatten som orsakas av slagglaspärlor till månjord varierar från 3,0 + 1011 kg till 2,7 + 1014 kg.

"Dessa fynd indikerar att slagglaspärlor på månens yta och andra atmosfärlösa kroppar i solsystemet kan lagra solvindsbaserat vatten och släppa ut det i rymden", säger professor HU.

Studien ovan var ett samarbete med Nanjing University, The Open University, The Natural History Museum, University of Manchester och University of Science and Technology of China.

Bild vikipedia på en vy av den roterande jorden och månens baksida när månen passerar på sin bana mellan den observerande DSCOVR-satelliten och jorden.