Webbteleskopet avslöjar nya detaljer i Cassiopeia A

 

Explosionen av en stjärna (en supernova) är en stor händelse därute och resterna som stjärnan lämnar efter sig likaså. Se bild ovan. En ny mellaninfraröd bild från NASA: s James Webb Space Telescope ger ett exempel på detta. Den visar supernova-resterna. Cassiopeia A vilket är resterna av en stjärnexplosion för 340 år sedan sett ur jordens perspektiv. Cas A är den yngsta kända kvarlevan från en exploderande massiv stjärna (supernova) i Vintergatan vi känner till vilket gör den till ett  unikt forskningsobjekt.

Den ger möjlighet att se  skräpfältet efter en exploderad stjärna och göra en slags stjärnobduktion för att förstå vilken typ av stjärna som var utgångsstjärnan  och hur den exploderade, beskriver Danny Milisavljevic vid Purdue University i West Lafayette, Indiana, huvudforskare för Webb-programmet vilken var den som  fångade dessa observationer med Webbteleskopet.

Jämfört med tidigare infraröda bilder av Cas A  ser vi många fler detaljer med Webbteleskopet än vi kunnat se tidigare  beskriver det Tea Temim från Princeton University i Princeton, New Jersey en av medutredarna av bilderna.

Genom att förstå processen av exploderande stjärnor läser vi vår "egen ursprungshistoria", beskriver Milisavljevic det i studien och tillägger. Jag kommer att spendera resten av min karriär på att försöka förstå vad som finns i denna datauppsättning säger han.

Cas A-kvarlevan sträcker sig över cirka 10 ljusår och finns 11000 ljusår bort i stjärnbilden Cassiopeia.

Bild från vikipedia på Cassiopeia A Kompositbild i infraröd (röd), synlig (gul) och röntgen (grön och blå) Bilden som webb taget kan ses ovan i medföljande länk.

Stjärnor bildas i kölvattnet av ett vandrande svart hål.

 

Ett från Yale University-lett team  av astronomer har upptäckt ett som man tolkat det supermassivt svart hål som rusar iväg i en galax där det en gång hört hemma i dess centrum ut i tomheten med en hastighet av cirka 6000000 km/h. Flykten har tills nu pågått i 39 miljoner år och fortsätter. Varför det drog iväg från sin galax vet man inte.

Teamet som använde NASA: s rymdteleskop Hubble och WM Keck-observatoriet på Maunakea i Hawaii gjorde fyndet genom upptäckten av en ovanlig och mycket tunn, nästan rak strimma av unga stjärnor och chockad gas i kölvattnet av ett som man tolkat det svart hål.

Studien om fenomenet publicerades nyligen i The Astrophysical Journal Letters.

Något liknande fenomen har aldrig tidigare setts någonstans i universum beskriver Pieter van Dokkum, professor i astronomi och fysik vid Yale University och huvudförfattare det i studien och tillägger. Vi har länge vetat att supermassiva svarta hål existerar och det har  förutspåtts i ca 50 år att de ibland skulle kunna kastas ut från den plats  de är. Om det nu kan bekräftas med detta fynd skulle detta bli det första beviset på ett skenande massivt svart hål.

Van Dokkums team upptäckte först den långa strängen av stjärnor med NASA: s rymdteleskop Hubble. För att få en närmare titt genomförde de uppföljningsobservationer med Keck-observatoriets Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) och Near Infrared Echellette Spectrograph (NIRES).

Data från Keckobservatoriet avslöjade att stjärnparaden uppmättes till ett 200000 ljusår långt stråk efter hålet och utgick från en kompakt aktiv stjärnbildande galax vars ljus tog cirka 7,6 miljarder år att nå jorden. Stjärnspåret är nästan hälften så ljusstarkt som galaxen det är kopplat till och i stjärnparaden som överflödas av stjärnor bildas än fler nya stjärnor.

Om det smala kölvattnet av stjärnor och gas verkligen skapas av ett svart hål som lossnat från sin sin plats i sin hemgalax har astronomer en trolig förklaring till dess ursprungshistoria.

Skeendet att först smälte två galaxer som båda innehöll ett supermassivt svart hål samman. Båda galaxerna hade ett svart hål i sitt centrum vilka smälte samman.  Det skedde genom att de först svepte runt varandra i en binär dans i mitten av den nyligen av två tidigare galaxer bildade nya galaxen. Då tränger ett tredje supermassivt svart hål från en annan galax på paret (måste vara unik händelse).

Trions interaktion med varandra skapas sedan en instabil situation som genererar tillräckligt med hastighet för att något av de svarta hålen torpederar ett av de tre svarta hålen (som då får fart och skenar ut i galaxen. 

Som ett nästa steg försöker van Dokkum och hans team nu bekräfta om deras upptäckt säkert är ett skenande svart hål; de har ansökt om tid på NASA: s James Webb Space Telescope och Chandra X-ray Observatory för att genomföra uppföljningsobservationer. Det låter uppseendeväckande om det stämmer. Men inget är omöjligt. Men om det inte stämmer vad är det då som sker, skett och varför?

Bild från ovan artikel från Keckobservatoriet. En panel som visar delar av spektra tagit med W. M. Keck-observatoriets LRIS-instrument som visar den ovanliga linjära funktionen som sträcker sig från galaxen vars ljus tog cirka 7,6 miljarder år att nå jorden. Upphovsman: V. Dokkum (Yale) / W. M. Keck-observatoriet.

Unik bild av Uranus tagen av Webbteleskopet.

 

NASA: s James Webb Space Teleskop har tagit en ny bild av solsystemets andra isjätteplanet, planeten Uranus. Bilden visar dess ringar samt ljusa fält i planetens atmosfär. Webb-datan visar upp teleskopets oöverträffade känslighet genom att man kan se de tunnaste dammringarna där som tidigare bara avbildats av två andra observationer. Teleskop på rymdfarkosten Voyager 2 när den flög förbi planeten 1986 och Keck-observatoriet med dess avancerad adaptiv optik. 

Uranus är den sjunde planeten räknat från solen. Den roterar sidledes på ungefär 90 graders vinkel från planet i sin bana. Detta orsakar extrema årstider eftersom planetens poler upplever många år av konstant solljus följt av lika många år av fullständigt mörker. Uranus tar 84 år på sig för att kretsa runt solen ett varv. För närvarande är det sen vår på dess nordpol, som syns på bilden. Uranus sommar inträffar 2028. När Voyager 2 däremot besökte Uranus 1986 var det sommar på sydpolen. Sydpolen finns nu på den "mörka sidan" av planeten vänd mot rymdens mörker.

Den nu tagna infraröda bilden från Webbs Near-Infrared Camera (NIRCam) kombinerar data från två filter vid 1,4 som visas i blått och 3,0 mikron, som visas i orange (gäller ringarna). Planeten själv har en blå nyans i bilden.

När Voyager 2 fotograderade Uranus visade kameran en nästan enbart blågrön boll i våglängderna. Med de infraröda våglängderna och den extra känsligheten hos Webb ser vi mer detaljer, vilket nu visar hur dynamisk atmosfären på Uranus är.

På höger sida av planeten finns ett område som ljusnar vid polen mot solen, känd som en polär keps. Denna polära keps är unik för Uranus - den verkar dyka upp när polen får direkt solljus på sommaren och försvinner på hösten. Den nu insamlade Webb-datan kommer att hjälpa forskare att förstå hur mekanismen fungerar. Webb avslöjade även att det vid kanten av polarlocket (polär kepsen) finns ett ljust moln samt några svagare utsträckta funktioner strax bortom lockets kant och ett andra mycket ljust moln kan även ses vid planetens vänstra sida. Sådana moln är typiska för Uranus i infraröda våglängder och är sannolikt kopplade till stormaktivitet.

Uranus karakteriseras som en isjätte på grund av den kemiska sammansättningen av dess inre. Det mesta av dess massa tros vara en tät vätska av "isiga" material - vatten, metan och ammoniak - ovanpå en liten stenig kärna.

Uranus har 13 kända ringar och 11 av dem är synliga i denna Webb-bild. Några av dessa ringar är så ljusa i Webbteleskopets bild och finns så nära varandra att de verkar smälta samman till en större ring. Nio klassas som planetens huvudringar och två är de svagare dammringarna (som den diffusa zetaringen närmast planeten) upptäcktes först vid 1986 års förbiflygning av Voyager 2. Forskare förväntar sig att framtida Webb-bilder av Uranus kommer att avslöja de två svaga yttre ringarna som upptäcktes 2007 av Keckobservatoriet men vilka inte kan ses i ovan bild. 

 

Webb fångade också många av Uranus 27 kända månar men de kan ej ses på just denna bild. De sex ljusaste ringarna identifieras i vidvinkelbilden. Bilden var bara en kort, 12-minuters exponeringsbild av Uranus med två filter. Det är bara toppen av isberget av vad Webb kan göra när det observerar Uranus. Ytterligare studier av Uranus sker och fler planeras under Webbs första år i tjänst.

Bild på Uranus tagen av Webbtelekopets Near-Infrared Camera (NIRCam. Bilden är från webb https://webbtelescope.org/

Gaia BH1 och Gaia BH2 två annorlunda svarta hål i vårt närområde.

 

De två svarta hål det handlar om är Gaia BH1 som finns 1 560 ljusår från jorden i riktning mot stjärnbilden Ophiuchus (Ormbäraren) och Gaia BH2 som finns 3800 ljusår bort i stjärnbilden Kentauren. De upptäcktes i data som samlats in av Europeiska rymdorganisationens (ESA) rymdfarkost Gaia. Gaia är utrustad för att göra upptäckter av detta slag då Gaia har instrument till att exakt kunna mäta positionen och rörelsen hos miljarder stjärnor mot dess bakgrund. 

Det är dock inte bara närheten till jorden som får dessa svarta hål extraordinära. De kretsar kring stjärnor på mycket större avstånd än vad som tidigare  observerats för andra svarta håls följeslagare (följeslagare här innebär stjärnor i ex närområdet till de centralt belägna svarta hålen i en galax centrum).

Det som skiljer denna nya grupp av svarta hål från de vi redan känner till är deras breda separation från sina följeslagare (de ingår ofta i binära system), beskriver forskargruppledaren Kareem El-Badry, från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Massachusetts och Max-Planck Institute for Astronomy  Tyskland, det i ett uttalande.

Studien publicerades i slutet av mars 2023 i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Ordinära svarta hål-följeslagare är vanligen stjärnor dom kallas röntgenbinärer och är vanligtvis ljusstarka och sänder ut högenergirik röntgen- och radiostrålning. Röntgenbinärer är täta dubbelstjärnor som främst ger sig till känna genom sin starka röntgenstrålning. Dessa system består vanligtvis av en tämligen normal stjärna och en kompakt stjärnrest - en vit dvärg, neutronstjärna eller ett svart hål - som kretsar kring varandra. Det gör dem lättare att hitta än svarta hål som inte sväljer materia och därmed inte avger kraftfulla energiutbrott. Gaia BH1 och Gaia BH2 är helt mörka (osynliga) och upptäcktes via gravitationseffekten de har på sina följeslagare.

Dessa två svarta hål har sannolikt en helt annan bildningshistoria än röntgenbinärer vanligtvis har, beskriver El-Badry det och tillägger. Vi misstänkte att det kunde finnas svarta hål i större system men vi var inte säkra på hur de skulle kunna bildas. Deras upptäckt innebär att vi måste anpassa våra teorier av utvecklingen av dubbelstjärnesystem eftersom det ännu inte är förstått hur dessa system bildas

Gaia-observationerna backades upp av mätningar av varje följeslagares (stjärnas) rörelse av andra observatorier. Till exempel visade uppföljningsundersökningar av Gaia BH2 med NASA: s Chandra X-ray Observatory och det sydafrikanska MeerKAT-radioteleskopet inget detekterbart ljus från detta svarta hål.

"Även om vi inte upptäckte ljus, är denna information otroligt värdefull eftersom den berättar mycket om miljön runt detta svarta hål, beskriver teammedlem Yvette Cendes, från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics det.

En bild från https://www.space.com varifrån inlägget ovan även diskuteras utifrån och förklaras på svenska från av Vintergatan som visar platsen för de två nyupptäckta svarta hål som finns närmast jorden som hittills hittats. (Bildkredit: ESA / Gaia / DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO, CC BY-SA 3.0 IGO)

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.