I Kina studeras miljoner galaxer med syfte att förstå hur universum började

 

Ett forskarlag i Kina  har analyserat mer än en miljon galaxer för att leta efter ursprunget till dagens kosmiska strukturer rapporteras i en ny studie publicerad i Physical Review D.

Fram till idag har noggranna observationer och analyser av den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB) och den storskaliga strukturen (LSS) lett till upprättande av universums standardramverk för att förklara hur allt är. Den så kallade ΛCDM-modellen, där kall mörk materia (CDM) och mörk energi (den kosmologiska konstanten, Λ) är viktiga egenskaper. 

Modellen i visar att ursprungliga fluktuationer (små rörelser) genererades under universums första tid och fungerade som början till skapelsen av allt som finns i universum i dag ex stjärnor, galaxer, galaxhopar och deras rumsliga fördelning i rymden.

Fast fluktuationerna var mycket små när de genereras, växte dessa (rörelser, min misstanke är beroende av en allt starkare gravitation) med tiden på grund av gravitation och bildade så småningom områden av mörk materia likt en halo. Därefter kolliderade olika halos upprepade gånger och smälte samman med varandra vilket ledde till bildandet av exempelvis galaxer bestående av materia och mörk materia.

Eftersom den rumsliga fördelningen av galaxer är starkt influerad av de ursprungliga fluktuationerna som skapade dem har statistiska analyser av galaxfördelningar aktivt utförts för att observationsmässigt utforska de ursprungliga fluktuationernas natur bakåt i tiden (determinism är ett bra begrepp). Utöver detta återspeglar det rumsliga mönstret av galaxformer fördelade över ett stort område av universum också karaktären hos de underliggande ursprungliga fluktuationerna.

En grupp forskare under ledning av doktorand TToshiki Kurita vid Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) graduate student Toshiki Kurita (currently a postdoctoral researcher at the Max Planck Institute for Astrophysics) och Kavli IPMU Professor Masahiro Takada som utvecklade en metod för att mäta effektspektrumet av galaxformer som extraherar, viktig statistisk information från galaxformmönster genom att kombinera spektroskopiska data över galaxernas rumsliga fördelning och avbildning inklusive data från enskilda galaxformationer.

Forskarna analyserade samtidigt den rumsliga fördelningen och formmönstret från cirka en miljon galaxer i Sloan Digital Sky Survey (SDSS) världens största kartläggning av galaxer idag.

De fann en statistiskt signifikant orientering av två galaxers former som ligger mer än 100 miljoner ljusår från varandra. Resultatet visade att det finns korrelationer mellan avlägsna galaxer vars bildningsprocesser till synes är oberoende och kausalt orelaterade. I forskningen kunde man begränsa egenskaperna hos de ursprungliga fluktuationerna genom statistisk analys av "formerna" hos många galaxer som erhållits i storskaliga strukturdata. Det finns få prejudikat av forskning som använt galaxformer för att utforska fysiken i det tidiga universum och forskningsprocessen inklusive konstruktionen av idén och utvecklingen av analysmetod till den faktiska dataanalysen, vilket nu gjordes och blev till en serie av försök och misstag.

”På grund av det ställdes jag inför många utmaningar. Men jag är glad att jag kunde åstadkomma dem under min doktorandutbildning. Jag tror att denna prestation kommer att vara det första steget för att öppna upp ett nytt forskningsfält inom kosmologi, utgående från galaxformer”, beskriver Kurita.

Metoderna och resultaten från denna studie gör det möjligt för forskare att i framtiden ytterligare testa inflationsteorin. 

Bild flickr.com

De mystiska ekrarna i Saturnus ringar

 

Fotot ovan av Saturnus togs av NASA:s rymdteleskop Hubble den 22 oktober 2023 då den ringförsedda planeten befann sig cirka 850 miljoner mil från jorden. Hubblebilden visar ett fenomen som kallas ringekrar. Saturnus ekrar är övergående funktioner som roterar tillsammans med ringarna. Deras diffusa utseende kvarstår under två eller tre varv runt Saturnus. Under aktiva perioder bidrar nybildade ekrar kontinuerligt till dessa diffusa mönster.

Hubble observerar Saturnus årligen då ekrarna uppstår och försvinner. Denna regelbundna  cykel ses inom Hubbles (program)  Outer Planets Atmospheres Legacy (OPAL).

Ekrarna  sågs första gången för nästan ett decennium sedan då den årliga övervakningen av väderförändringar på de fyra gasjättarna (Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus obs de två sist nämnda kallas i dag även isjättar) gjordes.

Hubbles regelbundet tagna  bilder visar att frekvensen av ekeruppenbarelser är säsongsdriven.  2021 sågs den i OPAL-data först på vänstra sida av ringsystemet. Långtidsövervakning visar att både antalet och kontrasten på ekrarna varierar med Saturnus årstider. Saturnus lutar sin axel likt jorden och har säsonger som varar ungefär sju år (ett år på Saturnus är ca 29 år på jorden).

Vi är nu på väg mot Saturnus dagjämning då vi förväntar oss maximal ekerbildning med högre frekvens och mörkare ekrar de närmaste åren, beskriver Amy Simon, forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

I år dyker dessa kortlivade strukturer upp på båda sidor av planeten samtidigt när de snurrar runt planeten. Fast de ser små ut jämfört med Saturnus kan deras längd och bredd sträcka sig längre än jordens diameter (jordens diameter är 12742 km).

Ledande teori om fenomenet är att ekrarna är knutna till Saturnus kraftfulla magnetfält med någon form av solinteraktion med magnetfältet som då ger fenomenet ekrar, beskriver Simon. När det är nära dagjämning på Saturnus är planeten och dess ringar mindre lutade bort från solen. I denna konfiguration kan solvinden då slå hårdare mot Saturnus enorma magnetfält vilket ökar ekerbildningen enligt nuvarande teori.

Forskare anser teoretiskt att elektrostatiska krafter som genereras från denna växelverkan får stoft eller is att sväva ovanför ringen och då bilda ekrarna men teorin är inte bevisad eller  passar perfekt i förståelsen av eller förutsäger säkert ekrarnas uppkomst. Fortsatta Hubble-observationer görs.

Bild https://science.nasa.gov/

2027 kommer mängder av från Nancy Grace Roman Space Telescope

 

Som en del i planen och förberedelsen för den mängd och det utbud av data som kommer att komma in från Nancy Grace Roman SpaceTelescope, (som är ett rymdobservatorium som söker i det infraröda spektret) som för närvarande är planerat att skjutas upp i maj 2027, har NASA beviljat finansiering till fem projektinfrastrukturteam (PITs), som kommer att skriva programvara, köra simuleringar och kartlägga optimal användning av teleskopets inkommande data.

 Projektet Roman Space Telescope startade 2010 under namnet Wide-Field InfraRed Space Telescope (WFIRST) och garanterade att ge samma bildprecision som rymdteleskopet Hubble men med ett synfält minst 100 gånger större vilket gör det möjligt att kartlägga skyn mycket snabbare. Tre av dessa PITs, som var och en har fått femåriga bidrag på flera miljoner dollar är baserade i Pasadena och anslutna till Caltechs fakultet och dess personal.

 Mansi Kasliwal (MS '07, PhD '11), Caltech-professor i astronomi, leder RAPID-teamet (Roman Alerts Promptly from Image Differencing); Yun Wang, senior forskare vid Caltechs IPAC, är ansvarig för infrastrukturen för kartläggningen av galaxers rödförskjutning och Olivier Doré, chefsforskare vid JPL, som Caltech förvaltar för NASA, leder teamet  gravitationslinsning  tillsammans med Dida Markovic, biträdande chefsforskare som även arbetar för JPL.

Uppdraget är observationer av galaxer och supernovor och ska avslöja kosmos historia och expansion. Ett  instrument ombord är koronagrafen vilken kan avbilda exoplaneter i andra solsystem. WFIRST utsågs till högsta prioritet för astrofysik i 2010 Astronomy and Astrophysics Decadal Survey,  listan över forskningsmål som upptecknas varje decennium av National Research Council of the National Academy of Sciences sedan 1960-talet.

År 2020 döptes WFIRST om för att hedra Nancy Grace Roman, som tjänstgjorde som NASA:s chef för astronomi och solfysik från 1961 till 1979 och lobbade obevekligt för byggandet av rymdteleskopet Hubble. " Nancy Grace Roman Space Telescope kommer att observera galaxer som finns mycket långt bort från oss, beskriver Wang.

 Teleskopet blir en sökare efter universums storskaliga struktur. Det använder sina instrument över ett mycket brett rödförskjutningsområde – för att se både närmare och längre bort liggande galaxer– vilket innebär ett mycket brett område i kosmos historia. Med denna därefter insamlade information kan vi nästan läsa av universums expansionshastighet på olika avstånd från oss. Genom att få  ytterligare datamängder med hjälp av typ Ia-supernovor och  gravitationslinsning kan vi sedan dubbelkolla våra resultat. Jag är övertygad om att vi inom 10 år bör kunna hitta  svar på frågan om vad som orsakar universums accelererande expansion, beskriver Wang.

Bild https://www.caltech.edu/ på diagram över Nancy Grace Roman Space Telescopes syn på det avlägsna universum (och dess förflutna).

Upphovsman: Roman GRS mock (2021) visualiserad. Uppgifter från Z. Zhai, Y. Wang (Caltech/IPAC) och A. Benson (Carnegie). datavisualisering av J. DePasquale och D. Player (STScI).

Malströmsgalaxen (M51 eller NGC 5194) här pågar stor stjärnbildning

 

Heta stjärnor bildas i några av de kallaste områdena i universum oftast i stora moln av gas och stoft som sträcker sig genom hela galaxer. För att undersöka de tidiga faserna av stjärnbildning när gas gradvis kondenseras för att så småningom bilda stjärnor måste vi först identifiera dessa områden, beskriver Sophia Stuber, doktorand vid MPIA i Heidelberg och huvudförfattare till en forskningsartikel (se nedan).

För detta ändamål mäts vanligtvis strålningen som avges av specifika molekyler som är särskilt rikligt förekommande i dessa extremt kalla och gastäta zoner. Astronomer mäter i allmänhet halten av molekyler som HCN (vätecyanid; även känt som blåsyra) och N2H+ (diazenylium) för detta ändamål. Tack vare det storskaliga observationsprogrammet SWAN (Surveying the Whirlpool at Arcseconds with NOEMA) har forskarna nu kunnat göra dessa mätningar över ett stort område i en annan galax och inte varit begränsade till mätningar i Vintergatan. SWAN-teamet använder NOEMA (Northern Extended Millimeter Array), en radiointerferometer som finns i de franska alperna för att studera fördelningen av strålning från flera molekyler inom de centrala 20 000 ljusåren inom Malströmsgalaxen (Messier 51). De 214 timmar av observationer i  programmet  kompletterades med ytterligare cirka 70 timmars observationer från en annan kartläggning gjorda av ett 30-meters teleskop i södra Spanien.

En av ledarna i SWAN-projektet är professor Frank Bigiel från Argelanderinstitutet för astronomi vid universitetet i Bonn. Han påtalar att ”spektrallinjerna för de olika molekylerna gör att vi kan dra mycket specifika slutsatser om gasens fysikaliska egenskaper, till exempel dess densitet. Detta gör det möjligt för oss att göra en detaljerad studie av vilka förhållanden i det interstellära mediet som bidrar till stjärnbildning i galaxer. För första gången är vi nu i en position där vi kan undersöka stora delar av en galax och med en högre upplösning än någonsin tidigare, så vi kan skilja mellan enskilda stjärnbildningsområden”.

Då Malströmsgalaxen bara ligger 28 miljoner ljusår bort är det möjligt att studera egenskaper hos enskilda gasmoln i så olika områden, som galaxens  centrum och dess spiralarmar.

Medan intensiteten i strålningen som avges av vätecyanid och diazenylium längs med spiralarmarna eller i galaxens centrum har astronomerna funnit en markant skillnad i galaxens centrala region, där ljusstyrkan som avges av vätecyanid är mycket mer signifikant. Med andra ord verkar det finnas en mekanism som gör att vätecyaniden lyser starkare här än i spiralarmarna en skillnad som inte kan ses från diazenylium. Forskarlaget misstänker att anledningen till detta fenomen kan finnas i Malströmsgalaxens aktiva galaxkärna, en högenergirik zon som omger det massiva svarta hålet i dess centrum. Innan gasen faller in i det svarta hålet trycks den in i en skivform, accelereras till höga hastigheter och värms upp till tusentals grader Celsius genom friktion. Detta gör att den avger intensiv strålning vilket kan förklara en del av den extra strålningen från vätecyanidmolekylerna. Men vi behöver fortfarande undersöka i detalj vad som får de två gaserna att  bete sig olika, tillägger Eva Schinnerer, forskargruppschef vid MPIA och en av ledarna för SWAN-projektet.

Forskningsartikeln är skriven av Sophia K. Stuber, Jerome Pety, Eva Schinnerer, et al., "Kartläggning av virveln vid Arcseconds med NOEMA (SWAN). I. Kartläggning av HCN- och N2H+ 3mm-linjerna", och publicerad i Astronomy & Astrophysics (2023). DOI: 10.1051/0004-6361/202348205

Bild vikipedia Malströmsgalaxen. Bilden är tagen av Rymdteleskopet Hubble år 2001

Dvärggalaxen UGC 8091 består av en glob av stjärnor

 

Dvärggalaxen UGC 8091 finns ungefär 7 miljoner ljusår från jorden i riktning mot stjärnbilden Jungfrun. Här finns miljarder stjärnor. Som ses på bilden ovan liknar galaxen en gnistrande snöglob i denna bild tagen av rymdteleskopet Hubble och publicerats av NASA och ESA (European Space Agency).

UGC 8091 är en oregelbundet formad galax då den inte har ett ordnat spiral- eller elliptisk utseende. Istället ser stjärnorna här i stället ut som en samling av mer eller mindre starkt lysande virrvarr av ljusslingor.

Det kan bero på att ett antal oregelbundna galaxer kan ha trasslat in sig i varandra på grund av tumultartad intern aktivitet, medan andra galaxer här bildats genom växelverkan med närliggande galaxer. Resultatet är en klass av galaxer med en mängd olika storlekar och former, inklusive den diffusa spridningen av stjärnor däremellan och allt sammantaget bildar galaxen UGC 8091.

Tolv kamerafilter kombinerades för att skapa ovan bild, med ljus från mitten av  det ultravioletta till den röda änden av det synliga spektrumet. De röda fläckarna är troligen interstellära vätemolekyler som lyser då de har upplivats av ljus från heta, energirika stjärnor. De andra glittren som visas i bilden är en blandning av ljus från äldre stjärnor. En hop avlägsna galaxer ses i bakgrunden.

Data som används i den här bilden togs av Hubbles Wide Field Camera 3 och Advanced Camera for Surveys mellan 2006 till 2021.

Bild https://hubblesite.org på UGC8091.

Isens rörelser på Mars

 

Detta inlägg innehåller ett kort sammandrag av en ny publicerad information från NASA,  publicerad den 18 dec 2023.

18 augusti 2023 fotograferade Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) räfflade linjer i Mars landskap som visade på rörelser i isen. Även om is på ytan oftast är begränsade till Mars polarisar förekommer dessa mönster även i en del icke-polära områden där is finns på Mars.

När isen rör sig neråt plockas sten och jord från det omgivande landskapet med i rörelsen och forslas längs med isens rörelse. Denna process kan ta tusentals år eller längre men skapar ett nätverk av linjära mönster som visar isflödets historia.

Rymdsonden MRO (Mars Orbiter Mission) har studerat Mars sedan 2006. Instrumenten ombord  zoomar in och ger extremt bra  närbildsfotografering av Mars yta, analyserar mineraler, letar efter vatten under ytan, spårar hur mycket damm och vatten som finns i atmosfären och övervakar det dagliga globala vädret på Mars.Insamlad data identifierar avlagringar av mineraler som kan ha bildats i vatten under långa tidsperioder, söker efter bevis på strandlinjer från forntida hav och sjöar och analyserar avlagringar som staplats i lager över tid av strömmande vatten.

Bild vikipedia. Mosaik av bilder tagna mellan den 16 december 2015 och den 26 januari 2016 av Mars Orbiter Mission

Uranus en märklig värld av is.

 

Uranus är den sjunde planeten från solen räknat. Det är en av solsystemets fyra jätteplaneter.

NASA:s James Webb Space Telescope riktades nyligen mot Uranus, planeten som i dag ses som en isjätte och snurrar sidriktat runt solen. Webb fångade Uranus (se ovan) dynamiska värld med sina ringar, månar, stormar och andra atmosfäriska funktioner – inklusive ett säsongsbetonat polartäcke. Bilden bygger på en tvåfärgsversion som släpptes tidigare under 2023 och lägger till ytterligare våglängder i bilden och får då ett mer detaljerat utseende.

Webbteleskopet kunde fånga Uranus svaga inre och yttre ringar, inklusive den svårfångade Zeta-ringen – den extremt svagt lysande och diffusa ringen närmast planeten. Den avbildade också flera av planetens 27 kända månar och  några av de små månarna inuti ringarna.

I synliga våglängder som fotograferades av Voyager 2 på 1980-talet framträdde Uranus som en lugn, solid blå boll. I infraröda våglängder avslöjar Webbteleskopet nu istället en märklig och dynamisk isvärld fylld av atmosfäriska egenskaper.

En av de mest slående av dessa egenskaper är planetens säsongsbetonade molntäcke vid nordpolen. Jämfört med Webbs bilder från tidigare under 2023 är vissa detaljer på dess nordpol lättare att se på de senaste bilderna. Ex den ljusa, vita, inre toppen och den mörka bottnen av polartäcket mot de lägre breddgraderna.

Flera kraftiga stormar kan ses nära och under polartäckets södra gräns. Antalet stormar och hur ofta och var de dyker upp i Uranus atmosfär kan bero på en kombination av säsongs- och meteorologiska effekter.

Polartäcket verkar bli mer framträdande när planetens pol pekar mot solen och närmar sig solståndet och då får mer solljus. Uranus når sitt nästa solstånd 2028  astronomer ska då söka eventuella förändringar i strukturen i dessa egenskaper. Webb kommer att hjälpa till att reda ut de säsongsmässiga och meteorologiska effekter som påverkar Uranus stormar vilket är avgörande för att astronomerna att förstå planetens komplexa atmosfär.

Eftersom Uranus snurrar på sidan med en lutning av cirka 98 grader har den de mest extrema årstiderna i solsystemet. Under nästan en fjärdedel varje år på Uranus ( ett helt år är 84 år) skiner solen över en av polerna och kastar den andra halvan av planeten in i en mörk 21 år lång vinter.

Med Webbs oöverträffade infraröda upplösning och känslighet ser astronomer nu Uranus och dess unika egenskaper med i bättre skärpa  än tidigare. Dessa detaljer, särskilt den av den närliggande Zeta-ringen (den innersta ringen)  kommer att vara ovärderliga för att planera framtida uppdrag till Uranus.

Bild https://webbtelescope.org/