Rubidium och samarium upptäckt i en exoplanets atmosfär.

 

Med hjälp av Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO)  har astronomer vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) undersökt atmosfären hos MASCARA-4b – en avlägsen exoplanet och ultrahet Jupiterstor planet. Studien publicerades den 11 april på arXiv pre-print-servern och visade på rubidium och samarium i denna exoplanets atmosfär. Det är första gången dessa ämnen hittats i en planets atmosfär

MASCARA-4b är en gasjätte som kretsar runt sin sol MASCARA-4 cirka 556 ljusår från jorden. Planeten har en medeltemperatur av  ca 2000 C. Dess sol MASCARA-4 är en ljusstark stjärna av A-typ. 

Planetens storlek är ca 1,51 Jupiterradier och dess massa är 1,67 Jupitermassor vilket ger en densitet av 0,48 g / cm3. Planeten kretsar  ett varv runt sin sol  var 2,82: e dag, på ett avstånd av 0, 047 AU från denna. På grund av dess stora atmosfäriska skalhöjder och transmissions-spektroskopimetrisk (TSM) är MASCARA-4b ett utmärkt mål för atmosfärisk karakterisering.

Därför bestämde sig detta team av astronomer under ledning av Zewen Jiang vid CAS Key Laboratory of Optical Astronomy i Peking, Kina, för att observera MASCARA-4b med ESPRESSO vilket är en fibermatad ultrastabil echelle-spektrograf med hög upplösning, monterad på Very Large Telescope (VLT) vid Europeiska sydobservatoriet (ESO) i Cerro Paranal, Chile.

"Två passager av MASCARA-4 b observerades en den 13 februari 2020 och en den 1 mars 2020 med ESPRESSO.

 Observationerna visade på flera tyngre ämnen i atmosfären på MASCARA-4 b bland annat rubidium (Rb), samarium (Sm), liksom joner av titan (Ti) och barium (Ba). Detta är första gången som Rb och Sm detekteras i atmosfären på en exoplanet, medan Ti och Ba rapporterats i flera andra exoplaneters atmosfär.

Det noterades att Sm, med atomnummer 62, är det tyngsta grundämne som upptäckts i atmosfären av en exoplanet. Det är också det första grundämnet i lantanidserien (Den serie av 15 grundämnen som i det periodiska systemet börjar med lantan (atomnr 57) och slutar med lutetium (atomnr 71). som har upptäckts på en exoplanet.

Förutom de ovan nämnda upptäckterna bekräftade studien också tidigare upptäckter av magnesium (Mg), kalcium (Ca), krom (Cr) och järn (Fe) i atmosfären på MASCARA-4b. Författarna till artikeln uppmuntrar till ytterligare atmosfäriska studier av exoplaneter för att söka andra sällsynta ämnen.

Bild vikipedia på storleksförhållande av stjärnklasser. Stjärnan som ovan planet finns vid är av storlek A. Följ länken här på än mer intressant  info om skillnader mellan olika stjärnklasser (spektralklasser).

Hör rymdens porlande ljud

 

Jordens magnetiska miljö är fylld med en symfoni av ljud som vi inte kan höra med våra öron. Runt om på vår planet utgör ultralågfrekventa vågor en kakofonisk operett som utgår från det dramatiska förhållandet mellan jorden och solen.

Ett nytt NASA-finansierat medborgarvetenskapsprojekt som heter HARP (eller Heliophysics Audified Resonances in Plasmas) har arbetats fram som ger  mänskliga öron möjlighet att höra ljudvågor som annars inte är hörbara. Tidiga tester i projektets resultat har redan gjort överraskande fynd i materialet och medborgarforskare kan ännu gå med och medverka i denna sonisk rymdutforskning för att dechiffrera de kosmiska vibrationerna till hörbara sådana så vi kan höra solens och jordens sång.

Hör ljudet här   jag tycker det låter som porlande vatten.

Bild på universum. Från https://www.wallpaperflare.com/

Metallfattiga stjärnors planeter har bäst livsmiljö

 

Stjärnor som innehåller jämförelsevis stora mängder tunga grundämnen ger mindre gynnsamma förutsättningar till uppkomsten av komplext liv i sina planetsystem än metallfattiga stjärnors. Metallfattiga stjärnor var den första generationen stjärnor. Idag är dessa få till antalet därute (vår sol tillhör inte denna grupp). Stjärnor som bildats efter de första metallfattiga stjärnorna har liksom vår sol bildats av rester från supernovor. Vid en sådan bildas nya grundämnen och därför är andra generationens stjärnor metallrika likt vår sol. De första stjärnorna de metallfattiga stjärnorna ger bättre miljö för liv i sina planetsystem visas i en rapport från forskare vid Max Planck-instituten för solsystemforskning och kemi samt från universitetet i Göttingen.

Forskarna visade hur metalliciteten (metallhalten) i en stjärna är kopplad till dess planeters förmåga att omge sig med ett skyddande ozonskikt. Avgörande för skyddsbehov är intensiteten hos det ultraviolett ljus som stjärnan sänder ut i rymden, i skilda våglängdsområden. Ett ozonskikt som bildats runt en planet likt det finns på jorden skyddar liv på planeten från farlig strålning från sin sol. Ju högre metallhalt en stjärna har desto högre halt av farlig strålning kommer från denna.

Studien ger forskare som söker på himlen med rymdteleskop efter beboeliga stjärnsystem viktiga ledtrådar om var dessa kan vara särskilt lovande. De föreslår följande slutsats: att när universum åldras blir det alltmer ovänligt till uppkomst av komplext liv på nya planeter. Dessutom visar studien en nästan paradoxal slutsats att när universum åldras kommer det sannolikt att bli alltmer fientligt mot liv på de planeter som då bildas. Metaller och andra tunga grundämnen bildas inuti stjärnor i slutet av deras flera miljarder år långa livstid och - beroende på stjärnans massa - släpps de ut i rymden som stjärnvind eller i en supernovaexplosion. Det som blir byggmaterial för nästa generation stjärnor. Ju yngre stjärnor desto högre metallhalt innehåller de.

Varje nybildad stjärna har därför mer metallrikt byggmaterial tillgängligt än sina föregångare. Stjärnorna i universum blir mer metallrika för varje generation (och sänder ut allt mer strålning som är farlig för liv bör man förtydliga det) , beskriver Dr. Anna Shapiro (forskare vid Max Planck Institute for Solar System Research och huvudförfattare till den aktuella studien) det.

 Enligt studien minskar sannolikheten för att stjärnsystem kommer att producera nytt liv på en planet också då universum åldras. Sökandet efter livet är dock inte hopplöst. När allt kommer omkring har många stjärnors exoplaneter en liknande ålder som solen. Och vår sol hyser komplexa och intressanta livsformer på minst en av sina planeter. Jorden.

Vad vi kan lära oss är därför att nuvarande liv här och på eventuella andra planeter är värdefullt och att det i en framtid inte kan ersättas med nytt liv.

Bild vikipedia Stjärnhopen Messier 22 fotograferat rymdteleskopet Hubble. En vacker stjärnsamling.

En ny mörk materia karta är klar

 

En ny karta över kosmos visar fördelningen av mörk materia.

Kartan täcker en fjärdedel av himlen sett från jorden och skapades utifrån den kosmiska mikrovågsbakgrundens (CMB), strålning som finns kvar från tiden strax efter Big Bang.

Den nya kartan är skapad  av  Atacama Cosmology Telescope (ACT) och har nu hjälpt till att bekräfta den gravitationsteori som Albert Einstein var banbrytare till.

Einsteins allmänna relativitetsteori från 1915 innebär att objekt med massa "varp" rymdtidens tyg, ger upphov till gravitation som leder till specifika förutsägelser om hur universums storskaliga struktur bildades och utvecklades till det tillstånd vi observerar idag, 13,8 miljarder år efter Big Bang. Dessa förutsägelser är "standardmodellen av kosmologi".

"Vi har använt CMB, det äldsta ljuset i universum, som emitterades strax efter Big Bang, för att mäta hur mörk materia - den osynliga materia som utgör majoriteten av materien i universum  fördelas i stora skalor, beskriver ACT-teammedlem Adam Hincks, astrofysiker vid University of Toronto, det i ett uttalande.

ACT-observationerna gjorde det möjligt för laget att studera effekten med hjälp av  gravitationslinsning, och de fick ett resultat som förutspås av den allmänna relativitetsteorin på CMB.

Gravitationslinsning härrör från det faktum att när gravitationen förvränger rumtiden, förvränger den ljusets väg då det kommer mot oss. Arten av denna vridning kan visa astronomer fördelningen av massan som orsakar den rumsliga snedvridningen. 

CMB är det första ljuset i universum. När universum var nytt fylldes det med ett hav av elektroner, gluoner och kvarkar. Elektroner spred oändligt med fotoner, ljuspartiklar, vilket resulterade i att ljus inte kunde spridas genom kosmos. Resultat blev att universum blev ogenomskinligt och färgtonat i tegelstenfärg.

När universum sedan svalnade kunde partiklar hålla ihop. Kvarkar och gluoner bildade protoner och neutroner och dessa bands samman med elektroner. De första atomerna skapades. Tiden var cirka 380 000 år efter Big Bang. Med färre fria elektroner i universum kunde sedan fotoner sprida sig obehindrat och universum blev transparent som ett fönster. Ljus och mörker skildes åt och universum blev möjligt att se som vi ser det idag.

CMB (är det första ljuset i universum) det första fritt flödande ljuset. Tack vare universums fortsatta expansion fyller denna uråldriga strålning kosmos nästan jämnt med enstaka små variationer.

ACT-forskarna såg på effekten från gravitationen i universums stora struktur på CMB (det första ljuset) genom gravitationslinsing vilket gav ett bra sätt att kartlägga och  särskilja det vi kallar vanlig materia och mörk materia, som utgör cirka 85 % av det materiella universum men förblir mystiskt. För min del anser jag att båda slagen är samma slags materia men i skild konstisens utifrån att båda egentligen ska tolkas utifrån strängteorin.

Mörk materia interagerar inte med ljus likt stjärnor, planeter och vi gör vilket innebär att astronomer inte kan se det i någon våglängd av elektromagnetisk strålning. Men mörk materia har likt vanlig materia massa och  interagerar  gravitationellt likt vanlig materia gör. Det betyder att dess närvaro kan härledas utifrån dess gravitationella interaktioner med materia och strålning.

Det betyder att mörk materia har en gravitationslinsningseffekt. 

Denna effekt kan ses i förvrängningen i CMB (det första ljuset).

Denna förvrängning gjorde det möjligt för teamet att skapa en mycket detaljerad karta över fördelningen av vanlig materia och mörk materia vilket avslöjade att det sammantaget tar den form som förutspåddes i den allmänna relativitetsteorin standardmodellen av kosmologi.

Materiefördelningskartan kan också hjälpa till att lösa ett problem i kosmologin som framträder vid mätning av ljus från avlägsna stjärnor vilket tyder på att mörk materia är så klumpformad som den borde vara, enligt standardmodellen för kosmologi.

ACT-kartan visar att de stora klumparna av mörk materia som observerats är precis av rätt storlek för att passa in i standardmodellen för kosmologi. ACT-teamet beskrev att det betyder att de nya resultaten passar den övergripande bilden forskare har om kosmos utveckling.

Samarbetsforskningen om fenomenet diskuteras i tre artiklar som  kommer att publiceras i Astrophysical Journal, som för närvarande även finns tillgängliga på Atacama Cosmology Telescopes webbplats.

Bild från https://www.space.com/dark-matter-map-cmb-einstein-right som Visar den nya kartan över himlen, gjord med observationer från Atacama Cosmology Telescope som visar mörk materiafördelningen. De orange regionerna visar var det finns mer mörk materia; magenta där det finns mindre. Kartan visar hundratals miljoner ljusår tvärsöver. (Bildkredit: ACT-samarbete)

De första svarta hålen kan ha bildat sig själva

 

De första svarta hål som bildades under de exotiska förhållandena i bigbang kan ha varit sin egen källa till materia och strålning.

Standardberättelsen om det tidiga universum är följande. När kosmos var ungt genomgick det en period av otroligt snabb expansion. Universum ökade i storlek med partiklar av nästan bara av väte och helium och strålningen var stark. Därefter expanderade och svalnade universum och då sjönk densiteten hos materia och strålningen. Så småningom bildades stjärnor, galaxer och stjärnkluster och efter supernovors bildande övriga grundämnen. Expansionen fortsatte och dess takt ökar än i dag.

Ny forskning tyder på att denna berättelse kan sakna en viktig ingrediens de ursprungliga svarta hålen. För närvarande känner vi bara till ett sätt som svarta hål skapas. Det är då  stjärnor kollapsar efter att deras bränsle tagit slut. När de kollapsar in i sig själva i slutet (då de är en neutronstjärna av otrolig massa)  når de tillräckligt hög densitet för att överväldiga alla andra krafter och utlösa bildandet till ett svart hål.

Vi vet från Stephen Hawkings arbete att svarta hål inte är helt svarta. De lyser faktiskt lite genom en exotisk kvantprocess som kallas Hawking-strålning.

För normalstora svarta hål är detta en mycket ineffektiv process. Ett typiskt svart hål kommer bara att avge en partikel av Hawking-strålning varje år eller så. Medan mindre svarta hål avger mycket mer strålning. Om de ursprungliga svarta hålen var tillräckligt små skulle de avdunstat helt medan universum fortfarande var i sin tidigaste tid och inte ha lämnat något spår kvar. Men forskarna anser att när dessa ursprungliga svarta hål avdunstade släppte de från sig strålning och materia.

Trots universums expansion och om tillräckligt många ursprungliga svarta hål avdunstade kunde densiteten av materia och strålning förbli konstant. Detta skulle leda till ett utökat black hole-baserat big bang-scenario.

Så småningom skulle då alla av de första svarta hålen försvunnit och resten av den kosmologiska historien skulle fortsätta utan dem. Men de skulle lämna spår. Förändringarna i materia och strålningstäthet kan potentiellt ha fått långvariga effekter som vi kan upptäcka även idag. Avdunstningen av de ursprungliga svarta hålen själva utlöste bildandet av gravitationsvågor som kan finnas kvar än idag.

Vi kanske aldrig hittar direkta bevis från de ursprungliga svarta hålens existens men forskarna har funnit att vi kan hitta deras subtila fingeravtryck i hela universum om de nu funnits vilket bara är en teori.

Bild vikipedia på en animerad simulering av ett Schwarzschild  svart hål med en galax som passerar bakom. Vid en tidpunkt och kurs observerad av extrem gravitationslinsning av galaxen.

Liknande Jorden för många år sedan en snöboll?

 

Jorden har haft minst fem stora istider. Den mest extrema kan ha varit Marinoan istiden som varade från 654 till 635 miljoner år sedan enligt vissa forskare. Då  sträckte sig  glaciärer från pol till pol. Detta är Snowball Earth-hypotesen som enligt många forskare sedan 1960-talet blev namnet på detta fenomen.

Under april 2023 beskriver en internationell grupp forskare från Kina, USA och Storbritannien att de nu har hittat bevis som relaterar till Snowball Earth-teorin. Men förtydligar teorin att jorden kan ha varit mer av en snöslaskboll än en snöboll. Vari kan ha funnits fickor med mer tempererade förhållanden med grumligt vatten där liv eventuellt kan ha funnits.

Forskarlaget, bland annat från China University of Geosciences, University of Cincinnati och University of St. Andrews, studerade klippformationer i östra Shennongjia ett skogsbruksdistrikt i Kinas Hubei-provins. Här hittades spännande bevis som antyder  att jorden inte var helt frusen trots allt. Snarare fanns det fläckar av öppet vatten i några grunda halvlatitudhav.

Huvudförfattaren Huyue Song från China University of Geosciences beskrev det som att:

Vi presenterar en ny Snowball Earth-modell där öppet vatten fanns i både låg- och mellanlatitudhav. Vi fann att Marinoan-nedisningen var dynamisk. Det kan ha funnits potentiella öppna vattenförhållanden på de låga och mellersta breddgraderna då och då. Dessutom kan dessa förhållanden av ytvatten ha varit mer utbredda och mer varaktiga än man tidigare ansett och möjliggjort en snabb återhämtning av biosfären efter Marinoan Snowball Earth tiden.

När forskarna undersökte insamlade stenar från den tiden fann de i denna  fossil av tång. Fossilerna, särskilt av en art av tång som kallas bentiska fototrofa makroalger är mer än 600 miljoner år gammal. Forskarna gjorde fyndet i svart skiffersten.

Denna typ av tång lever på botten i hav och behöver solljus för fotosyntes. Tiden för skiffern indikerar att tången fanns under  Marinoan Ice Age. Det antyder det att det måste ha funnits fickor med öppet vatten. Forskare anser att dessa fickor av vatten sannolikt fanns under de senare stadierna av istiden. Både encelliga och flercelliga organismer kan ha levt i dessa oasliknande fickor av öppet vatten.

Vad som fick glaciärerna att så småningom dra sig tillbaka mot polerna är forskarna inte helt eniga om. Men troligast var det  oaserna – vattenfickorna – som gjorde det. Alger i dessa vatten släppte ut koldioxid som ökade temperaturen i atmosfären  över tid vilket gradvis smälte isen i ekvatoriella och tropiska regioner (det handlar om lång tid).

När det gäller vad som orsakade istiderna, beskrev Thomas Algeo, professor i geovetenskap vid University of Cincinnati College of Arts and Sciences att det kan ha involverat mikroorganismer som använde koldioxid istället för att skapa detta (motsatsen till fotosyntes).

Vi vet dock inte säkert vad som utlöste istiderna,  misstanken är att det var relaterat till att flercelliga organismer som  levde av kol i atmosfären (organismer som fanns i stort antal använde det som näring som vi använder syre) vilket ledde till kolbegravning och avkylning av jorden. Idag släpper vi ut koldioxid snabbt i enorma mängder och det har stor inverkan på det globala klimatet. Numera till snabb temperaturökning.

Bild flickr.com

M82 X-2 är en röntgenkälla därute som trotsar den fysiska lag som kallas Eddington-gränsen

 

Något därute i yttre rymden bryter mot lagen – fysikens lagar.

Astronomer kallar det ultraluminösa röntgenkällor (ULX) som utstrålar cirka 10 miljoner gånger mer energi än solen. Denna stora mängd energi bryter mot en fysisk lag som kallas Eddington-gränsen, vilken är gränsen för hur ljust något i en viss storlek kan vara. Om något bryter  Eddington-gränsen förväntar sig forskare att det sprängs i bitar. Denna  ULX "överskrider dock regelbundet denna gräns med 100 till 500 gånger och exploderar likväl inte vilket förbryllar fysiker", enligt ett uttalande  från NASA. 

Nya observationer publicerades nyligen  i The Astrophysical Journal från NASA: s Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), där man ser på universum i röntgenstrålningsfältets högenergifält. Härifrån bekräftades att en ULX, kallad M82 X-2, definitivt är så ljus att den borde explodera.

Tidigare teorier föreslog att den extrema ljusstyrkan som upptäckts därifrån kan vara någon form av optisk illusion, men den nya studien visar att så inte är fallet - denna ULX trotsar därmed  Eddington-gränsen utan att explodera.

Kan Eddington-gränsen vara felkonstruerad?

Astronomer trodde tidigare att ULX kunde vara svarta hål. Men M82 X-2 är en bevisad  neutronstjärna. 

Neutronstjärnor är kärnor efter stjärnor. Vår sol blir en gång en sådan. En neutronstjärna är så tät att tyngdkraften på dess yta är cirka 100 miljarder gånger starkare än på jorden. Denna intensiva gravitation innebär att allt material som dras ner till neutronstjärnors yta kommer att ha en explosiv effekt. En marshmallow som släpps på ytan av en neutronstjärna skulle ge energi som från tusen vätebomber, enligt NASA.

Den nya studien visade att M82 X-2 drar åt sig cirka 1,5 gånger jordens material varje år från en närliggande stjärna. När denna mängd materia träffar neutronstjärnans yta produceras den otroliga ljusstyrkan.

Forskargruppen anser att detta är bevis på att något måste hända med M82 X-2 som förändrar de fysikregler vi anser är riktiga och bryter Eddington-gränsen (men kan det inte vara så att Eddington-gränsen inte stämmer fysiken behöver omtolkas).

Nuvarande teori är att neutronstjärnans intensiva magnetfält förändrar formen på neutronstjärnans atomer vilket gör att stjärnan kan hålla ihop även när den blir ljusare och ljusare utan att explodera.

Observationer låter oss se effekterna av dessa otroligt starka magnetfält. Magnetfält som vi aldrig kan reproducera på jorden med nuvarande teknik beskriver den som ledde studien  Matteo Bachetti astrofysiker vid Cagliari Astronomical Observatory i Italien det i studien.

Bild En illustration av en neutronstjärna - en ultralysande röntgenkälla - som snurrar runt som tendrils av magnetfält piskar genom rymden. (Bildkredit: NASA / JPL-Caltech)