Är det en stjärna bestående av mörk materia som hittats?

 

Astronomer trodde länge att ett märkligt stjärnsystem som observerats av Europeiska rymdorganisationens Gaia-satellit var vanlig stjärna  kretsande kring ett svart hål. 

Tyvärr framgår det inte om det är forskare vid ESA European space agency som gjort upptäckten med Gaia eller om det var någon annan som analyserade Gaiadata.

 Men två astronomer det påståendet och finner att det tyder på något mycket konstigare: möjligen en aldrig tidigare sedd typ av stjärna bestående  av osynlig mörk materia. Deras forskning, som ännu inte har granskats, publicerades den 18 april på förtrycksservern arXiv. 

Stjärnan det handlar har en mindre massa än solen (0,93 solmassa) och  ungefär samma kemiska innehåll som vår sol. Dess mystiska följeslagare (det man misstänker är en stjärna av mörk materia) är massivare cirka 11 solmassor. Objekten kretsar runt varandra på ett avstånd av 1, 4 astronomiska enheter, ungefär det avstånd på vilket Mars kretsar om solen vilket gör en omloppstid av 188 dagar. Frågan är vad den mörka följeslagaren är. En möjlig förklaring är att det är ett svart hål enligt de tidigare forskare som teoretiserat om det.

 Även om det lätt skulle passa in som svart hål genom  observationsresultaten har den hypotesen  utmaningar. Svarta hål bildas från avslocknade massiva stjärnor. Även om det inte är helt omöjligt att det är ett svart hål efter efter slocknad stjärna  kräver det scenariot en extraordinär mängd finjusteringar för att få det att stämma här då händelseschemat för  att det hänt och resulterat i  det i ett dubbelstjärnsystem som hållit samman i miljoner  år  är svår att förklara.

Så forskarna föreslår i studien att det mörka objektet kanske  är något  mer unikt. Kanske  en klump partiklar bestående av mörk materia.

Mörk materia är en osynlig form av materia som utgör den stora majoriteten av massan i varje enskild galax (och universum som helhet). Vi vet fortfarande inte vad det är. De flesta teoretiska modeller antar att mörk materia är jämnt fördelad i varje galax, men det finns teorier som visar att den kan klumpa ihop sig.

En  hypotes är  att mörk materia är en typ av boson. Bosoner är partiklarna som håller ihop naturens krafter; Till exempel är en foton en boson som bär den elektromagnetiska kraften. Medan vi bara känner till en begränsad uppsättning bosoner i standardmodellen för partikelfysik finns det i princip ingenting som hindrar att det i universum finns många fler typer av bosoner.

 Viktigast av allt dessa bosoner skulle ha förmågan att bilda stora klumpar. Några av dessa klumpar kan vara lika stora som hela stjärnsystem medan andra kan vara mycket mindre. De minsta klumparna av bosonisk mörk materia kan vara så små som stjärnor och dessa hypotetiska objekt har namnet bosonstjärnor. Boson-stjärnor skulle vara helt osynliga då mörk materia inte interagerar med andra partiklar eller med ljus så vi kan bara upptäcka dem genom dess gravitationspåverkan på omgivningen.

Forskarna påpekade att en enkel modell av mörk materia, skulle kunna producera tillräckligt med bosonstjärnor för att ge dessa resultat i Gaia-data troligt och ersätta ett förmodat svart hål med teorin att det är  en bosonstjärna i  en del fall skulle det kunna förklara viss observationsdata bättare.

Även om upptäckten av en bosonstjärna är osannolik är den inte omöjlig,  enligt författarna av studien men av ovan fynd behövs  uppföljningsobservationer. Forskarna tillägger att det viktiga är att detta unika system ger oss en sällsynt möjlighet att studera beteendet av stark gravitation, så vi kan undersöka Einsteins allmänna relativitetsteori och se om den håller. För det andra, om det är en bosonstjärna, är detta stjärnsystem den perfekta  platsen för vidare studier.

För min del är jag övertygad om lösningen är att det är ett svart hål resterna av en kollapsad stjärna. Jag har inte lyckats utläsa var i universum fyndet ovan gjordes.

Inlägget har sitt innehåll utifrån Paul M. Sutters artikel i https://www.livescience.com/ för en tid sedan. Sutter är forskningsprofessor i astrofysik vid SUNY Stony Brook University och Flatiron Institute i New York City.

Bild vikipedia Standardmodellens elementarpartiklar, av vilka bosonerna utgör de kraftförmedlande partiklarna och Higgs-partikeln.

Jupiters skiftande färgmönster

 

Jupiter kännetecknas av sina skiftande färgband av gas liksom den pågående stormen som ses som den stora röda fläcken. Färgbanden förändras kontinuerligt över tid något  forskare hittills inte har kunnat ge en förklaring till.

Ur en ny upptäckt från NASA: s Juno-uppdrag som pågått sedan 2016 som  analyseras fortgående  fås ny information om Jupiters magnetfält som Dr Kumiko Hori och professor Chris Jones vid universitetet School of Maths eventuellt kan lösa frågan. 

Professor Jones beskriver det så här; Om du ser på Jupiter genom ett teleskop ser du ränderna som går runt ekvatorn längs med latitudlinjerna. Det finns mörka och ljusa bälten och om du ser lite närmare på dem kan du se moln som sveper runt planeten av starka ostliga och västliga vindar i dessa . Nära ekvatorn blåser vinden österut men när man ändrar latitud lite mot antingen norr eller söder rör sig molnen  västerut. Och om du ser än mer söder eller norrut sveper vinden med sina moln åter österut. Detta växlande mönster av östliga och västliga vindar skiljer sig ganska mycket åt vart fjärde eller femte år på Jupiter. Färgerna på bältena kan då förändras och ibland ser man globala omvälvningar när hela vädermönstret förändras och det är ett mysterium varför detta sker.

Forskare vet att Jupiters förändrade utseende på något sätt är kopplat till och utifrån  infraröd strålningsvariationer cirka 50 km under gasjättens yta och den nya forskningen visar att dessa variationer i sin troligen orsakas av magnetvågor som produceras av långt in i Jupiters inre.

Med hjälp av data som samlats in av NASA: s Juno-uppdrag över  Jupiter kan forskargruppen övervaka och beräkna förändringar i dessa magnetfält.

Professor Jones beskriver det som att: Det är möjligt att det sker  vågliknande rörelser i en planets magnetfält något som kallas torsionssvängningar (vridningar i magnetfältet). Det spännande är att när vi beräknade perioderna för dessa vridningar motsvarade de de perioder som du ser från den infraröda strålningen i Jupiter. Junofarkostens långa  livslängd i Jupiters hårda strålningsmiljö har bestått mycket längre än vad som ursprungligen planerades kunna ske. Detta har lett till att forskarna vid Leeds får magnetfältdata under en mycket längre tid än man ursprungligen planerade vilket är mycket positivt för deras fortsatta arbete.

Genom att tills nu sett på magnetfältet under flera år har de kunnat spåra dessa magnetvågor och svängningar och har till och med kunnat följa det på en specifik plats av ett magnetfält på Jupiter. Platsen  Great Blue Spot. Denna plats har rört sig österut merparten av tiden. Men de senaste uppgifterna visar att rörelsen nu saktar ner - vilket får Juno-teamet att tro att det är början på en svängning av magnetfältet till västerut (det går just nu österut på platsen).

Studien leds av Dr Hori, som arbetade med professor Jones i Leeds innan han flyttade till en ny tjänst vid Kobe University i Japan, tillsammans med professor Steve Tobias vid Leeds, professor Leigh Fletcher vid University of Leicester och Dr Arrate Antuñano vid Universidad del País Vasco i Spanien.

Inlägget ovan är en översättning och med egna ord beskrivet av det pågående arbete som beskrivs på University of Leeds hemsida. 

Bild vikipedia. Jupiter sedd i infrarött av JWST (James Webbteleskopet) (14 juli 2022)

En gång fanns det en ocean på Mars

 

En internationell forskargrupp under ledning av professor Long Xiao vid School of Earth Sciences of China University of Geosciences (Wuhan) har upptäckt närvaron av marina sedimentära bergarter på Mars yta genom att analysera de vetenskapliga data som erhållits av den multispektrala kameran (MSCam) som finns på Zhurong-rovern. Forskningsresultaten publicerades i tidskriften National Science Review under titeln "Evidence for Marine Sedimentary Rocks in Utopia Planitia: Zhurong Rover Observations."

Det var under 2021 som Zhurong-rovern som fanns med under Kinas Tianwen-1 Mars-uppdrag landade på den södra kanten av Utopia-slätten i den östra delen av Mars norra slättområde. En del av dess uppdrag var att söka efter eventuella bevis på för eller emot  om det funnits hav tidigt i Mars historia. Efter landningen körde Zhurong-rovern söderut mot det potentiella kustområdena som observerats vid Vasitas Borealis-formationen. Zhurong for cirka 1 921 meter och använde olika bild- och analyssystem för att genomföra detaljerade observationer på plats av formationens hällar och sten.

Navigations- och terrängkamerorna tog 106 uppsättningar panoramabilder som i detalj registrerade ytmorfologin och strukturella egenskaper hos många av de stenar Zhurong-roverens passerade.

Forskargruppen undersökte sedan bilderna som skickats tillbaka från  roverns inbyggda kamera till jorden och fann att de exponerade stenarna innehöll strukturer som skiljer sig avsevärt från de vanliga vulkaniska bergarterna på Mars yta och skiljer sig också från de strukturer som bildas av eolisk sandavlagring (vindpåverkan över lång tid). Strukturerna visade på   dubbelriktade flödesegenskaper som överensstämmer med lågenergitidvattenströmmar i hällar  från jordens kustnära marina miljöer.

Baserat på de bilder av bergformationer som erhållits av MSCam analyserade forskargruppen i detalj ytstrukturen hos stenarna i inspektionsområdet som samlats in av  Zhurong-rovern.

Under studien fann forskargruppen att stenarna i sektionen vanligtvis innehöll lokala linsformade formationer huvudsakligen bestående av en mängd småskaliga vågformiga avlagringar åtföljda av en liten mängd linsformade strukturer och sedimentära strukturer av små kanalstrukturer. Bland strukturerna överlappar skikten de strukturer som utgör vågformiga  strukturer och lutning i två motsatta riktningar vilket indikerar en dubbelriktad händelsemiljö. Dessutom, eftersom skiktets tjocklek och kornstorlek i stor utsträckning skiljer sig åt i åt skilda håll, indikerar det att det finns skillnader i intensiteten hos riktningarna i de två skilda riktningarna.

Detta dubbelriktade flödesmönster av vatten bildas vanligtvis av vätskeverkan med periodiska förändringar av flödesriktningen vilket inte är vanligt förekommande i eoliska och fluviala miljöer (floder)  men är vanligt i jordens littoral-grunda havsmiljö. Till skillnad mot jorden har Mars två månar vilket gör att det på Mars finns tidvattensystem av lägre energi, och endast småskalig månpåverkan i form av ebb och flod som kan bilda ett så starkt tidvatten som jordens.

Dessutom innehåller de bäddformationer och sedimentära strukturer som identifierats och beskrivs i studien bevis som stöder vattenhaltigt flöde snarare än eolisk deponering (troligast vatten som ligger bakom avlagringar av material istället för vinden). Teamets observationsresultat från Zhurong-rovern.  De undersökta klipporna  visar  de första direkta bevisen som stödjer förekomsten av ett forntida hav på Mars norra slätter. Placeringen av landningsplatsen för Zhurong indikerar att de observerade sedimentära strukturerna kan ha bildats under regression (då havet drogs tillbaka avdunstat troligen) på den norra slätten då det så kallade paleo-havet som låg här försvann. 

Bild vikipedia En konstnärs intryck av forntida Mars och dess hav baserat på geologiska data.

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.