En kärna av kvarkmateria antas finnas inuti neutronstjärnor

 

I slutet av en stjärnas liv likt vår sol upphör kärnfusionen och stjärnan sväller upp till en röd jätte och sväljer de planeter som finns i dess uppsvällningsområde. I vårt fall troligen Jorden och de inre planeterna. Därefter kollapsar stjärnan samman genom stark gravitation och blir en vit dvärgstjärna 

Alternativt som vi här är intresserad av en neutronstjärna 

 En neutronstjärna består av den tätaste materien som finns i universum. En typisk neutronstjärna är endast cirka 20 km i diameter men med en massa motsvarande 1,4–3 solmassor. Det innebär att neutronstjärnan har en densitet som är omkring 1 miljard ton per kubikcentimeter. Gravitationsfältet vid stjärnans yta är tvåhundra miljarder gånger starkare än på jorden.

Sammansättningen av neutronstjärnor har dock länge varit föremål för mycket kontroverser.

Baserat på observationer av neutronstjärnor och kvantkromodynamikteori (Kvantkromodynamik (QCD) beskriver växelverkan mellan kvarkar och gluoner) har en forskargrupp under ledning av professor Yizhong från Purple Mountain Observatory (PMO) vid Chinese Academy of Sciences (CAS) funnit att det troligen finns en mystisk kvarkmateriekärna i massiva neutronstjärnor.

Att få möjlighet att observera denna exotiska kärna skulle ge en unik möjlighet att utforska ekvationen för tillståndet av tät materia och då särskilt övergången till  hadronisk fysik ( vetenskap som studerar  hadroner, kompositpartiklar sammansatta av kvarkar. Denna disciplin ligger halvvägs mellan kärnfysik som studerar atomkärnan och partikelfysik) till kvarkmateria.

Forskarna analyserade insamlad data om neutronstjärnors massa, radie, gravitationsvågor från sammanslagningar av binära neutronstjärnor (dubbelstjärnor) och teoretiska begränsningar från kvantkromodynamiska beräkningar. De använde den insamlade informationen med sin nyutvecklade statistikmetod i tät materias ekvation av tillstånd att detaljstudera.

Vid en kvantitativ analys avslöjades att tillståndet i centrum av de mest massiva neutronstjärnorna är mjukare än typisk hadronisk materia (även med hyperoner) och att där finns en exotisk kärna större än 1 km.

Studien publicerades i Science Bulletin den 11 april 2023.

Bild vikipedia på en proton. En sådan består av två uppkvarkar, en nedkvark och gluonerna som förmedlar krafterna som "binder" dem samman. Färgtilldelningen av de enskilda kvarkarna är godtycklig. Men alla tre färgerna måste vara närvarande; Rött, blått och grönt för att visa en analogi med dessa primära färger som tillsammans ger en vit färg.

Planet LP 791-18d är övertäckt med vulkaner

 

Planet LP 791-18d kretsar kring en liten röd dvärgstjärna cirka 90 ljusår bort från oss. Här är stor vulkanisk aktivitet.

Vulkanism är den viktigaste källan till en planets atmosfär och där det finns en atmosfär kan det finnas flytande vatten på ytan och kanske liv, beskriver UC Riverside astrofysiker Stephen Kane det i en studie.

Astronomer kände sedan tidigare till två världar i detta stjärnsystem, LP 791-18b och c. Den yttre av dessa planeten 791-18c är ungefär 2,5 gånger större än jorden och har nästan nio gånger högre massa.

I sina banor runt sin sol LP 791-18 passerar planeterna c och d mycket nära varandra. Då ger c: s massiva storlek en gravitation av en effekt som får planet d: s bana  elliptisk. Denna deformation av banan beroende på LP 791-18c effekt skapar friktion som värmer LP 791-18d;s inre och ger vulkanisk aktivitet.

Forskare fann LP 791-18d med hjälp av data från NASA: s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS ) och insamlad data från det pensionerade Spitzer Space Telescopet. Kane var en del av det team som gjorde de ursprungliga TESS-observationerna och medförfattare till en artikel om den nyupptäckta planeten. Studien publicerades i den vetenskapliga tidskriften Nature.

En annan viktig egenskap om planeten som beskrivs i artikeln är att den inte roterar utan alltid vänder  samma sida mot sin sol. Den har en låst dag- och nattsida innebärande att den alltid vänder samma sida mot sin sol likt månen gör mor jorden.

Dagsidan är förmodligen  för varm för att flytande vatten ska finnas här. Men mängden vulkanisk aktivitet som misstänks förekomma över hela planeten kan upprätthålla en atmosfär vilken kan tillåta vatten att kondensera på nattsidan, beskriver Björn Benneke, medförfattare till artikeln och astronomiprofessor vid Trottier Institute for Research on Exoplanets, vid University of Montreal.

Även om mängden av ständiga vulkanutbrott sannolikt gör att planeten är utan liv ger den ny kunskap om evolution. En stor fråga inom astrobiologi, ämnet som studerar livets ursprung på jorden och bortom, är frågan om tektonisk eller vulkanisk aktivitet är nödvändigt för liv, beskriver Jessie Christiansen, medförfattare och forskare vid California Institute of Technology.

Förutom att potentiellt ge en atmosfär kan vulkanism krossa material som annars skulle sjunka ner mot planetens centrum att istället bli kvar vid ytan. Material som kol som r viktigt för att liv ska uppkomma som vi känner till det, påtalar Christiansen.

De viktigaste beståndsdelarna vid vulkanutsläpp är koldioxid och vattenånga, växthusgaser som kan hjälpa till att hålla en planet varm. På Venus stannade dock (varför vet man inte) vulkanisk koldioxid kvar i atmosfären och drev planeten in i ett skenande växthustillstånd, beskriver Kane.

Idag är temperaturen på Venus mer än 450 C vilket med största sannolikhet gör att där inte finns liv. Men det kanske inte alltid har varit så, påtalar Kane.

Bild https://www.flickr.com/  I den här bilden ses den vulkanprydda ytan på Jupiters måne Io  (den mest vulkantäckta kroppen i vårt solsystem) i infrarött tagit av rymdfarkosten Junos  Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM) kamera när Juno for förbi på ett avstånd av var cirka 80 000 kilometer den 5 juli 2022. Ljusare fläckar på bilden indikerar högre temperaturer.

Så gamla är Saturnus ringar

 

I en ny studie från ESA (European space agency) publiderad i   https://www.science.org/  beskrivs att Saturnus ringar är mellan 100 miljoner och 400 miljoner år gamla. I studien beskrivs även att de kan vara borta om ca 100 miljoner år. Saturnus ringar är synliga för alla med en bra kikare eller ett mindre trädgårdsteleskop. Ringarna består  av miljarder partiklar av vattenis, som reflekteras i solens sken. Mitt i detta isiga reflekterande material finns avlagringar av mörkt dammigt mineral.

Forskare hänvisar  detta damm till små korn av stenigt, metalliskt eller kolrikt material som är något mörkare än is. Det kallas mikrometeoroider.

Ringarna sträcker sig från cirka 2 000 km ovan Saturnus molntoppar till cirka 80 000 km utåt. När infallande damm utifrån passerar igenom ringarna kan detta kollidera med iskorn i ringarna. Med tiden mörknar damm som faller in och då ökar gradvis ringarna  sin massa.

Med hjälp av data från CDA  (Coordinated Data Analysis Web) jämförde forskarna vid ESA  de nuvarande dammberäkningarna i rymden runt Saturnus mot den uppskattade massan av mörkt dammaterial i ringarna. Det fann att ringarna inte är äldre än 400 miljoner år men kan vara så unga som 100 miljoner år. Det innebär att de funnits mindre än en tiondel av solsystemets 4,5 miljarder år.

Det innebär också att ringarna inte bildades samtidigt som Saturnus eller de andra planeterna. De är ett senare tillskott till solsystemet. I över 90 % av Saturnus existens fanns de inte. Frågan är; hur bildades ringarna? Ringarnas totala massa uppskattas vara ungefär hälften  av Saturnus mindre isiga månar. Många av Saturnus månar  uppvisar enorma nedslag på sina ytor.

En i synnerhet, den lilla månen Mimas som har smeknamnet Dödsstjärnan, har en 130 km bred nedslagskrater som kallas Herschel. Mimas är dock bara cirka 400 km tvärs över så detta nedslag  skulle inte ha behövt haft mycket mer kraft av energi för att ha utplånat månen. Mimas består av vattenis precis som ringarna så det är möjligt att ringarna bildades av just efter en sådan katastrofal påverkan. (Kanske en planet eller stor asteroid kraschade i närområdet här med en större asteroid och bildade ringarna och kanske Mimas även är en rest från detta tillfälle.)

I en studie från 2018 använde forskare dammberäkningar från CDA, när Cassini flög mellan ringarna och Saturnus molntoppar för att räkna ut hur mycket is och damm som förloras från ringarna över tid. Studien visade att ungefär en olympisk storlek (2500 000 liter ung samma i kg) av en simbassäng av massa från ringarna förloras  in i  Saturnus atmosfär varje halvtimme.

Denna flödeshastighet användes då för att uppskatta när ringarna med tanke på deras nuvarande massa troligen kommer att vara borta. Svaret blev om 100 miljoner år. Ringarna har en turbulent historia och om de inte på något sätt fylls på kommer de att slukas av Saturnus atmosfär helt i framtiden.

Vi ska i sammanhanget även komma ihåg att mindre men likartade händelser kan ha hänt vid ex Neptunus som även denna har ringar.

Bild vikipedia. Saturnus ringar fotograferade från sonden Cassini i juli 2004.

Många fler månar har upptäckts runt Saturnus.

 

Saturnus är en gasplanet, den sjätte planeten räknat från solen och den näst största i solsystemet.

Ett internationellt team av astronomer och forskare vid University of British Columbia, har nyligen publicerat om upptäckten av 62 nya månar som kretsar kring Saturnus vilket åter gör Saturnus till den planet som har flest månar. I dag 145 bekräftade månar men troligen finns här fler mindre oupptäckta månar kvar att upptäcka.

Av dem finns med stor sannolikhet en del som kan överraska oss genom sin sammansättning, mineraler eller form. Men säkert kan även Jupiter överraska oss med kanske än fler ännu ej pupptäckta månar i framtiden och kanske även Uranus och Neptunus.

Bild vikipedia på Saturnus avbildad i naturlig färg då den närmar sig dagjämning, fotograferad av Cassini i juli 2008, pricken i nedre vänstra hörnet är månen Titan.

Webbteleskopet upptäckte vattenånga på kometen Comet 238P/Read

 

238P/Read är en komet i asteroidbältet som upptäcktes den 24 oktober 2005 av astronomen Michael T. Read.

Med hjälp av Webbs NIRSpec-instrument (Near-Infrared Spectrograph) har astronomer nu bekräftat förekomsten av vattenånga -  för första gången vilket visar att vatten kan bevaras som is i en komet i asteroidbältet. Kometen är 238P/Read.

Oorts kometmoln är platsen där merparten av kometerna i svårt solsystem finns. Molnet finns  bortom Neptunus varifrån ibland nu eller historiskt någon komet av skilda anledningar plötsligt tar sig ur detta och flyger inåt i solsystemet runt solen och blir en återkommande komet. Halleys komet är ett exempel på en sådan som sveper in i vårt närområde vart 75:e år.

Upptäckten av vatten i komet 238P/Read ger ny frågeställning då denna till skillnad från andra kometer inte verkar innehålla koldioxid. Hur vatten kom till i universum är även det något av ett mysterium, beskriver Stefanie Milam, Webbteleskopets biträdande projektforskare för planetvetenskap och medförfattare till studien som rapporterar om fyndet på Comet 238P/Read.

Asteroidbältets kometklass är en ganska ny upptäckt och kometen Comet 238P/Read var en av de ursprungliga tre kometer som tillhör denna kategori. Innan dess ansågs att alla kometer hade sitt ursprung i och fanns i Kuiperbältet och Oorts moln som ligger bortom Neptunus bana där deras is kunde bevaras långt från solen.

Fruset material som förångas då kometer närmar sig solen är det som ger kometer dess släpande svans vilket skiljer dem från asteroider. Forskare har länge spekulerat i att is bestående av vatten skulle kunna bevaras även i asteroidbältet men definitiva bevis fanns inte innan Webbteleskopet upptäckte det. Tidigare har vi sett objekt i asteroidbältet med alla egenskaper som kometer har men inte klassificerat dessa objekt som kometer då vi inte varit helt säkra. Men med exakta spektraldata från Webb kan vi nu säga att det bevisat finns vattenis på dessa objekt och klassificera dem som kometer, beskriver astronomen Michael Kelley vid University of Maryland och huvudförfattare till studien.

 Med Webbs observationer av kometen Read kan vi nu visa att vattenis från det tidiga solsystemet bevarats i asteroidbältet, tillägger Kelley.

Kan inte de kometer som finns  i asteroidbältet istället fångats in på sin färd in mot solsystemet från sin utgångspunkt Ooorts kometmoln?

Den saknade koldioxiden var däremot en stor överraskning. Vanligtvis utgör koldioxid cirka 10 procent av det flyktiga materialet i en komet som lätt kan förångas av solens värme. Forskargruppen presenterar nu två möjliga förklaringar till bristen på koldioxid. En möjlighet är att Comet Read hade koldioxid när den bildades men har förlorat det på grund av temperaturskillnaden mellan hur kometer har det i det betydligt kallare Ooorts kometmoln och det något varmare asteroidbältet.

I asteroidbältet kan man anta att koldioxid förångas lättare än vattenis och avdunstar över årmiljarderna, enligt Kelley. Alternativt kan Comet Read ha bildats i en särskilt varm ficka av solsystemet där inget koldioxid var tillgängligt.

Nästa steg i forskningen bortom Comet Read är att se vad andra kometer i asteroidbältet består av, påtalar astronomen Heidi Hammel från Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), ledare för Webbs Guaranteed Time Observations for Solar System-objekt och medförfattare till studien.

Troligen är det mer än tillräckligt kallt i asteroidbältet för att kometer med sin is ska behållas intakt medan Oorts kometmolns kometer inte bara är tillräckligt kallt för att fruset vatten ska bestå utan även att koldioxid ska bestå i  kometer.

Bild vikipedia Kometen 238PRead tagen av rymdteleskopet James Webb den 8 september 2022

Det handlar om Meteoriten som nyligen kraschade genom ett tak i New Yersey

 

Det var en meteorit som måndagen den 8 maj hittades på golvet efter en studs upp i innertaket i en villa i New Yersey efter att den tagit sig igenom taket första gången på huset. Det var hos familjen Suzy Kop och hennes man Dan händelsen skedde. Suzy hittade meteoriten då de kom hem på golvet i bostaden. En svart sten i en storlek av 10*15 cm, Hon anmälde händelsen till polisen. Enligt Associated Press anlände ett hazmat-team (en organiserad grupp av yrkesverksamma som är specialutbildade till att hantera farligt material eller farligt gods) för att undersöka meteoriten efter tecken på radioaktivitet och kontrollera om  familjen utsatts för strålning.

Tekniskt sett är alla meteoriter radioaktiva eftersom de innehåller klyvbara element som kalium, uran och torium i små nivåer. Studier har visat att de flesta meteoriter är  mindre radioaktiva än jordens stenar. Under tiden kontaktade polisen det närliggande College of New Jersey och fick tag på Shannon Graham, biträdande professor i fysik för att hjälp till att bestämma objektets identitet.

Graham hade hjälp av Nathan Magee från fysikavdelningen med  kollegor bekräftade meteoritens kosmiska ursprung baserat på visuell inspektion, densitetsmätning och närbildsundersökning med ett elektronmikroskop. En första analys indikerar att det sannolikt är en LL6-kondrit, en stenig meteorit med lågt järninnehåll som ofta har en cementliknande färg.

 Liksom nästan alla meteoriter är de från bildandet av solsystemet för 4, 6 miljarder år sedan. Att hålla en i handen frammanar visioner av en tid innan det  fanns planeter.

Vissa undrade om meteoriten kan ha varit relaterad till meteorregnet Eta Aquariid som är aktivt den tid på året nedslaget skedde. Dessa Meteorer härrör från damm och sten som frigjorts ur Halleys komet under dess cykliska besök i det inre av solsystemet. Men genom att notera riktningen för meteoritens inträngning kan man definitivt säga att det inte finns något samband med detta meteorregn.

Bild https://skyandtelescope.org/ Meteoriten visas bredvid den urgröpning  den gjorde i trägolvet i sovrummet på övervåningen. Stenen mäter cirka 10x15 cm och väger 984 gram. Enligt Dr Marc Fries hade eldklotet en uppskattad energi på ett ton TNT. En typisk meteorit av denna storlek träffar marken med en hastighet av 320-400 km/h. Foto  Hopewell Township polisavdelning

Nej, detta är inte ett svart hål utan en defekt i själva universums struktur.

 

Ett lag av teoretiska fysiker har upptäckt en udda struktur i rumtiden som för en utomstående observatör ser ut som ett svart hål men vid närmare granskning kan vara defekter i själva universums struktur.

Einsteins allmänna relativitetsteori förutsäger förekomsten av svarta hål som bildas när  stora stjärnor kollapsar. Men samma teori förutsäger även att dessas centra är singulariteter innebärande att de bör ha oändlig densitet. Eftersom vi vet att oändlig densitet  inte kan bildas i universum, ser vi detta som ett tecken på att Einsteins teori är ofullständig. Men ännu har ingen bättre teori än Einsteins teori om gravitation sett dagens ljus. Mycket ska stämma innan ett paradigmskifte kan accepteras.

Men flera nya sätt finns att se på verkligheten bla annat är en stark kandidat strängteorin. 

I strängteorin är alla partiklar i universum mikroskopiskt små vibrerande slingor av strängar. För att stödja strängteorin utifrån det stora utbudet av partiklar och krafter som vi observerar i universum kan dessa strängar inte bara vibrera i våra tre rumsliga dimensioner. Istället måste det även finnas extra rumsliga dimensioner som är hoprullade på sig själva till mångfalder så små att de undgår vardaglig uppmärksamhet och experiment.

Den exotiska strukturen i rumtiden gav ett team av forskare vid LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) i USA  de verktyg de behövde för att identifiera en ny klass av objekt, något som de kallar en topologisk soliton. I sin analys fann de att dessa topologiska solitoner är stabila defekter i själva rumtiden. 

Dessa objekt  består inte av materia eller  krafter för att existera - de är lika naturliga i rumtidens tyg som sprickor är i is. Forskarna studerade dessa solitoner genom att undersöka beteendet av hur  ljus som skulle passera nära dem visades. Eftersom de är föremål för extrem rumtid böjer de rum och tid runt dem vilket påverkar ljusets väg. För en avlägsen observatör skulle dessa solitoner se ut precis som vi förutspår att svarta hål ser ut. De skulle ha skuggor och ringar av ljus. Bilder härledda från Event Horizon Telescope av upptäckter gravitationsvågsignaturer skulle alla bete sig på samma sätt. 

Det är först om du kom nära dem som du skulle  förstå att det inte är ett svart hål. En av de viktigaste egenskaperna hos ett svart hål är dess händelsehorisont, en imaginär yta som om du skulle korsa den skulle göra dig oförmögen att fly därifrån. Topologiska solitoner är inte singulariteter, De har inte händelsehorisonter. Så du kan i princip komma intill  en soliton och röra den med handen förutsatt att du överlevde mötet. Dessa topologiska solitoner är dock hypotetiska objekt, baserade på vår förståelse om strängteorin. En teori vilket ännu inte har visat sig vara en accepterad uppdatering av vår förståelse av fysik. Dessa exotiska föremål fungerar dock som viktiga hypotetiska teststudier. Om forskarna kan upptäcka en viktig observationsskillnad mellan topologiska solitoner och  svarta hål, kan detta bana väg till att hitta ett sätt att testa om strängteorin stämmer.

För min del anser jag strängteorin en dag blir den gällande teorin inom fysik.

Bild från universetoday.com med texten översatt till svenska. Konstnärsvy av ett binärt svart hålsystem. Upphovsman: LIGO / Caltech / MIT / Sonoma State (Aurore Simonnet)