Nya rön om vattnets historia på Månen

 

Ny forskning av postdoktor Tara Hayden vid Western University visar att den tidiga månskorpan på månens yta, berikades avsevärt med vatten för mer än 4 miljarder år sedan, tvärtemot vad man tidigare trott. Forskningsresultatet  ger spännande nya bevis för att månens tidiga skorpa innehöll mer vatten än vad man hittills trott vilket öppnar nya dörrar till studie av månens historia.

För första gången har upptäckts apatit i månens tidiga skorpa vilket är otroligt spännande – eftersom vi nu äntligen kan börja pussla ihop detta okända skede i månens historia. Vi finner att månens tidiga skorpa var rikare på vatten än vi förväntat oss, och dess flyktiga stabila isotoper avslöjar en ännu mer komplex historia än vi kände till tidigare, beskriver Hayden, (som för närvarande arbetar som kosmokemist hos den berömda planetgeologen Gordon "Oz" Osinski vid Westerns institution för geovetenskaper). 

Vår kunskap om vattnets historia på månen kommer från Apollo-färdernas prover de tog de med sig till jorden. Men dessa prover tros bara representera cirka fem procent av hela månens yta, beskriver Hayden. Tills vi får tillbaka fler markprover från de kommande Artemis-uppdragen är de enda av andra prover från månytan meteoriter från månen.

Hayden gjorde sin upptäckt av apatit vid The Open University under sina doktorandstudier när hon verifierade en sten från en samlare som en månmeteorit. Utöver identifieringen visade sig provet innehålla en viktig del av data om vatten på månen.

"Jag hade sådan tur att meteoriten inte bara kom från månen utan också innehöll kemi som är viktig för vår förståelse av månens vattenförande mineraler", beskriver Hayden.

Apatit hittas i alla typer av månstenar utom glaspärlor (som var en del av de prover apollobesättningarna tog med sig från månen) och Ferroanska anortositstenar där det senare representerar månens tidiga skorpa. Den Ferroanska anortositstengruppen är känd för att vara otroligt gammal (4,5-4,3 miljarder år gammal) och är den enda kända bergarten som har bildats direkt av månens magmaocean – då månen var nästan helt smält.

Upptäckten beskrivs i en studie som publicerades nyligen i tidskriften Nature Astronomy.

Bild vikipedia. En intressant bild som visar färgmättnaden på månens yta förstärkt rödaktig rostbrun för järn blåaktig för titanoxidmineraler.

Överraskande gammastrålning kom bortom vår galax

 

Gammastrålning eller γ-strålning är fotonstrålning så kallad joniserande strålning av fotoner.

Fermi Gamma-ray Space Telescope är ett rymdbaserat teleskop avsett för kosmisk gammaastronomi.

Astronomer som analyserat 13 års data från NASA:s rymdteleskop Fermi har upptäckt en oväntad och ännu oförklarlig händelse utanför vår galax.

Det var en helt slumpartad upptäckt, beskriver Alexander Kashlinsky, kosmolog vid University of Maryland och NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt som beskrev upptäckten vid American Astronomical Societys 243:e möte i New Orleans. Vi hittade en mycket starkare signal på en annan del av himlen, än den vi letade signaler på, beskrev han.

Intressant nog finns gammastrålningssignalen i en liknande riktning och med en nästan identisk magnitud som en annan oförklarlig egenskap, en som produceras av några av de mest energirika kosmiska partiklar som någonsin upptäckts (i form av de första atomernas ljus).

Teamet letade efter en gammastrålningsegenskap relaterad till CMB (kosmisk mikrovågsbakgrund), det äldsta ljuset i universum. Forskare säger att CMB uppstod när det heta, expanderande universum hade svalnat tillräckligt för att bilda de första atomerna, en händelse som frigjorde en explosion av ljus som för första gången kunde tränga ut kosmos. Utsträckt av den efterföljande expansionen av rymden under de senaste 13 miljarder åren, upptäcktes detta ljus först i form av svaga mikrovågor över hela himlen 1965. 

Forskarlaget ansåg att genom att lägga ihop många års data från Fermis LAT (Large Area Telescope), teleskopet som skannar hela himlen flera gånger dagligen kunde ett relaterat dipoleantennmönster upptäckas i gammastrålningen. Tack vare relativitetsteorins effekter bör gammastrålningsdipolen förstärkas med så mycket som fem gånger jämfört med de för närvarande detekterade CMB:erna.

Forskarna kombinerade 13 års Fermi LAT-observationer av gammastrålning över cirka 3 miljarder elektronvolt (GeV); Som jämförelse har synligt ljus energier mellan cirka 2 och 3 elektronvolt. De tog bort alla upplösta och identifierade källor och skalade bort Vintergatans centralplan för att analysera den extragalaktiska gammastrålningsbakgrunden.

"Vi hittade en gammastråldipol,  dess topp ligger på den södra himlen, långt från CMB:s, och dess magnitud är 10 gånger större än vad vi skulle förvänta oss genom vår rörelse med jorden", beskriver medförfattaren Chris Shrader, astrofysiker vid Catholic University of America i Washington och vid Goddard. "Även om det inte var vad vi letade efter misstänker vi att det kan vara relaterat till det vi sökte. Forskarna tror att  de två fenomenen är kopplade till varandra – att ännu oidentifierade källor producerar både gammastrålning och partiklar. För att lösa denna kosmiska fråga måste astronomer antingen lokalisera dessa mystiska källor eller föreslå alternativa förklaringar till båda egenskaperna. Något man hoppas kunna i framtiden.

En artikel som beskriver ovan fynd publicerades onsdagen den 10 januari i The Astrophysical Journal Letters.

Bild vikipedia NASA:s guide till elektromagnetiskt spektrum som visar överlappning av frekvens mellan röntgen- och gammastrålar.

Möjligen driver diamantregn Neptunus och Uranus magnetfält

 

Diamanter kan bildas i det nedre av atmosfären i planeter som Neptunus och Uranus och färdas nedåt och resultera isjättarnas magnetfält, enligt ny forskning från ett internationellt team av forskare inklusive Carnegies Alexander Goncharov och Eric Edmund. SLAC National Accelerator Laboratory-teamets resultatet kom till genom att de använde den europeiska XFEL-anläggningen för att försöka lösa långvariga meningsskiljaktigheter om temperatur- och tryckförhållandena under vilka diamanter bildas av kortlivade kolväten som de som förväntas finnas i dessa isiga kroppars atmosfär.

Även om vi inte direkt kan undersöka fysiken och kemin som förekommer i planeters inre, kan sofistikerade laboratorietekniker visa hur planetariska byggstenar beter sig och omorganiserar sig under de extrema förhållanden som finns inuti dessa planeter", beskriver Edmund.

Laboratorieteknik och teoretisk datamodellering har gett forskare en ungefärlig uppfattning om den process genom vilken diamanter bildas från kortlivade kolvätemolekyler i isiga planeters inre. Olika laboratorietekniker har dock gett varierande resultat vilket gör det svårt att fastställa på vilket djup i atmosfären detta fenomen uppstår.

Denna långvariga oenighet visas mellan experiment där man komprimerar kolväten för att få dem till extrema tryckförhållanden och experiment som skapar dessa förhållanden genom att träffa prover med höghastighetsprojektiler som efterliknar ett meteoritnedslag.

Forskarteamet, som leddes av SLAC:s Mungo Frost, använde en röntgenlaser vid XFEL-anläggningen i Tyskland för att träffa ett komprimerat prov av polystyren med ultrakorta röntgenblixtar, vilket gav en slags "guldlocksmetod" som löser upp spänningen mellan de två tidigare metoderna. Världens största röntgenlaser på FuXFEL genererar ultrakorta blixtar 27000 gånger per sekund.

"Genom detta internationella samarbete har vi gjort stora framsteg vid European XFEL och fått anmärkningsvärda nya insikter om isiga planeter", beskriver Frost i ett uttalande.

De fann att diamantbildning observeras under tryck som sträcker sig från 188 000 till 266 000 atmosfärer (eller 19 till 27 gigapascal) och över 2200 Celcius.

Det innebär att diamanter bildas på grundare djup än man tidigare trott på isjätteplaneter. Eftersom det är tätare än det omgivande materialet sjunker det djupare – ett fenomen som ibland kallas "diamantregn" – vilket ger en extra värmekälla, vilket kan driva en konvektion i islagret och bidra till dessa planeters komplexa magnetfält. Dessutom innebär denna process med relativt ytlig diamantbildning från kolväten och att detta kan inträffa även på mindre isiga kroppar, ex mini-Neptunus", beskriver Goncharov.

 Studien är publicerad i Nature Astronomy.

Bild https://www.spacedaily.com/ med texten översatt På isjätteplaneter bildas diamanter på grundare djup än man tidigare trott. Eftersom det är tätare än det omgivande materialet sjunker det djupare – ett fenomen som ibland kallas "diamantregn" – vilket ger en extra värmekälla, vilket kan driva konvektion i islagret och bidra till dessa planeters komplexa magnetfält.

Gamla stjärnors planetsystem är bra platser att söka liv på

 

Stjärnor lika vår sol är roterar snabbt vilket skapar ett starkt magnetfält som kan få våldsamma utbrott och bombardera dess planetsystemet med laddade partiklar och skadlig strålning. Under miljarder år saktar stjärnans rotation gradvis ner dess magnetfält i en solvind från dess yta, en process som kallas magnetisk inbromsning. Den långsammare rotationen ger ett svagare magnetfält och båda egenskaperna avtar tillsammans i styrka över tid.

Fram tills nyligen antog astronomer att magnetisk inbromsning fortsätter på obestämd tid. Men nya observationer utmanar detta antagande."Vi skriver om läroböckerna om hur rotation och magnetism hos äldre stjärnor som solen förändras i mitten av deras beräknade existens", beskriver forskaren Travis Metcalfe, vid White Dwarf Research Corporation i Golden, Colorado, USA.

 Klaus Strassmeier, chef vid Leibniz-institutet för astrofysik i Potsdam, Tyskland och medförfattare till studien, tillägger: "Detta beror på att försvagad magnetisk bromsning också stryper stjärnvinden och gör förödande utbrott allt mindre sannolika."

Utbrott av det slag som sker som värst vart 11:e år från vår sol och då kan slå ut internet mm.

Teamet av astronomer från USA och Europa kombinerade observationer av 51 Pegasi från NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) med banbrytande mätningar av Pegasi magnetfält från Large Binocular Telescope (LBT) i Arizona med hjälp av Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI). Även om exoplaneten som kretsar kring 51 Pegasi inte passerar framför sin sol sett från jorden, uppvisar stjärnan själv subtila variationer i ljusstyrka i TESS-observationerna som kan användas för att mäta stjärnans radie, massa och ålder – en teknik som kallas asteroseismologi. 

Samtidigt präglas stjärnans magnetfält en liten mängd polarisation i stjärnljuset vilket gör det möjligt för PEPSI på LBT att skapa en magnetisk karta av stjärnans yta då stjärnan roterar – en teknik som kallas Zeeman-Doppler Imaging. Tillsammans gjorde dessa mätningar det möjligt för teamet att utvärdera den nuvarande magnetiska miljön runt stjärnan.

Under de senaste åren har teamet börjat använda PEPSI på LBT för att mäta magnetfälten för flera TESS-objekt (objekt upptäckta av TESSteleskopet har alltid en beteckning som börjar med ett T) och gradvis byggt upp en ny förståelse för hur magnetism förändras i stjärnor som solen när de blir äldre (men aldrig stannar av helt). 

Observationerna avslöjade att magnetisk bromsning plötsligt förändras hos stjärnor som är något yngre än solen, och blir mer än 10 gånger svagare vid den tidpunkten och minskar ytterligare när stjärnor fortsätter att åldras. Forskarlaget tillskrev dessa förändringar till en oväntad förändring i magnetfältets styrka och komplexitet, och påverkan av solvinden. De nyligen uppmätta egenskaperna hos 51 Pegasi visar att stjärnan – precis som vår egen sol – redan har gått igenom denna övergång till försvagad magnetisk bromsning.

Då äldre stjärnor har lägre utbrott och strålning är dess planetsystem även mer lämpliga för liv än yngre stjärnors planetsystem.

Bild https://www.deviantart.com/

Den nästan osynliga galaxen och mörk materia

 

Nube är en nästan osynlig dvärggalax som upptäcktes av en internationell forskargrupp ledd från Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) i samarbete med University of La Laguna (ULL) med flera institutioner. Namnet Nube (moln på spanska) föreslogs av den 5-åriga dottern till en av forskarna i gruppen och beror på objektets diffusa utseende.

Galaxen har en rad specifika egenskaper som skiljer den från tidigare kända objekt. Forskargruppen uppskattar att Nube är en dvärggalax som är tio gånger ljussvagare än andra av liknande slag, men tio gånger mer utsträckt än andra objekt med ett jämförbart antal stjärnor. Galaxen är en tredjedel av Vintergatans storlek med en massa som av ungefär Lilla Magellanska molnet.

Med vår nuvarande kunskap förstår vi inte hur en galax med så extrema egenskaper kan existera, förklarar Mireia Montes, artikelns försteförfattare och forskare vid IAC och ULL.

På grund av dess ljussvaghet är det svårt att bestämma det exakta avståndet till Nube. Med hjälp av en observation som gjordes med Green Bank Telescope (GBT) i USA uppskattade författarna avståndet till Nube till 300 miljoner ljusår kommande observationer med radioteleskopet VLA (Very Large Array) och det optiska William Herschel-teleskopet (WHT) vid Roque de los Muchachos-observatoriet i La Palma kan snart visa om detta avstånd är korrekt.

– Om galaxen visar sig vara närmare, kommer den fortfarande att vara ett mycket märkligt objekt och innebära stora utmaningar för astrofysiken, beskriver Ignacio Trujillo. Kosmologiska simuleringar kan inte reproducera dess "extrema" inom i  olika datascenarier. "Vi har ingen hållbar förklaring  för närvarande accepterade i den kosmologiska modellen, den för kall mörk materia", förklarar Montes.

Modellen för kall mörk materia kan reproducera de storskaliga strukturerna i universum, men det finns småskaliga scenarier som fallet med Nube som den inte kan ge ett bra svar på. "Det är möjligt att vi med den här galaxen, och liknande galaxer som vi eventuellt kommer att hitta, kan hitta ytterligare ledtrådar som kommer att öppna ett nytt fönster för förståelsen av universum", kommenterar Montes.

– En möjlighet, som är attraktiv, är att Nubes ovanliga egenskaper visar att partiklarna som utgör mörk materia har en extremt liten massa, beskriver Ignacio Trujillo. Om så är fallet skulle galaxens ovanliga egenskaper vara en demonstration av kvantfysikens egenskaper på galaktisk skala. "Om denna hypotes bekräftas skulle det vara en av de vackraste demonstrationerna av naturen, som förenar världen av det minsta med det största", avslutar han.

Studien har publicerats i tidskriften Astronomy & Astrophysics och har använt data tagna med Gran Telescopio Canarias (GTC) och Green Bank Radiotelescope (GBT).

Bild https://www.iac.es/en  Nube-galaxen. Figuren är en komposition av en färgbild och en svartvit bild, för att välja ut bakgrunden. Upphovsman: GTC/Mireia Montes

En teori om radiocirklarna därute

 

2019 detekterade det då färdigställda teleskopet ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder) något som ingen någonsin sett förut, radiovågscirklar så stora att de omfattade hela galaxer inom sig. Astrofysikerna försökte därefter försöka förstå vad dessa cirklar var och varför de fanns.

Nu anser ett forskarlag lett av Alison Coil, professor i astronomi och astrofysik vid University of California San Diego att de kan ha hittat svaret: cirklarna är skal som bildats av utströmmande galaktiska vindar, möjligen från massiva exploderande stjärnor (supernovor).

När stjärnor slocknar och exploderar kastar de ut gas i dess omgivning ut i den interstellära rymden. Om tillräckligt många stjärnor exploderar nära varandra samtidigt kan kraften i dessa explosioner pressa ut gasen ur själva galaxen i utströmmande vindar, som kan färdas med upp till 2 000 kilometer i sekunden. De  galaxer där detta sker är  intressanta, beskriver Coil som är ordförande för institutionen för astronomi och astrofysik vid University of California San Diego. 

Cirklarna uppstår i områden där två stora galaxer kolliderar. Sammanslagningen skjuter då in all gas i ett mycket litet område vilket orsakar en intensiv  stjärnbildning. Massiva stjärnor brinner snabbt ut och då de dör kastar de ut sin gas som utströmmande vindar. Cassandra Lochhaas, postdoktor vid Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics som specialiserat sig på teorier om galaktiska vindar och medförfattare till artikeln, körde en serie numeriska datorsimuleringar för att replikera storleken och egenskaperna hos de stora radioringarna, inklusive den stora mängden kall gas i den centrala galaxen.

Hennes simuleringar visade hur galaktiska vindar blåste i 200 miljoner år innan se avstannade. När vinden upphörde fortsatte en framåtriktad chockvåg att driva ut het gas ur galaxen och skapade en radioring medan en omvänd chock skickade kallare gas tillbaka in i galaxen. Datasimuleringen visade vad som kunde ske under 750 miljoner år vilket är  inom ramen för den uppskattade stjärnåldern på en miljard år för ORC 4 (en odd radio circle). 

För att det ska fungera behövs ett utflöde med hög massa vilket innebär att det då kastas ut mycket material under kort tid. Den omgivande gasen strax utanför galaxen måste ha låg densitet annars avstannar chockvågen. Det här är de två nyckelfaktorerna, beskriver Coil. – Det visar sig att de galaxer vi har studerat har dessa höga massutflödeshastigheter. De är sällsynta men de finns. Jag tror  att detta pekar på att ORC:er härstammar från någon form av utströmmande galaktiska vindar beskriver Coil.

Det är inte bara utströmmande vindar som kan hjälpa astronomer att förstå ORC, utan även ORC:er kan hjälpa astronomerna att förstå utströmmande vindar. ORC:er är ett sätt för oss att se vindarna genom radiodata och spektroskopi, beskriver Coil. – Det här kan hjälpa oss att avgöra hur vanliga dessa extrema utströmmande galaktiska vindar är och hur vindarnas livscykel ser ut. Det kan hjälpa oss att lära oss mer om galaktisk utveckling och svara på frågan om alla massiva galaxer går igenom en ORC-fas. Blir spiralgalaxer elliptiska när de inte längre bildar stjärnor? Jag tror att det finns mycket vi kan lära oss om och av ORC:er.

Studien är publicerad i Nature.

Bild vikipedia en konstnärs intryck av en udda radiocirkel som exploderar i centrum av en galax. ORC:er (radiocirklar) kan expandera förbi andra galaxer.

Dammig kattsvansliknande formation i Beta Pictoris-systemet

 

Beta Pictoris är den näst ljusstarkaste stjärnan i stjärnbilden Målaren. Den är belägen drygt 63 ljusår från oss är 1,75 gånger massivare och 8,7 gånger ljusstarkare än vår sol. Beta Pictoris-systemet är mycket ungt endast mellan 8–20 miljoner år gammalt.

Här finns den första stoftskiva som avbildats runt en annan stjärna. Skivan består av skräp efter kollisioner mellan asteroider, kometer och planetbildningsmateria. Observationer från NASA:s rymdteleskop Hubble avslöjade nyligen en andra skräpskiva i detta solsystem. Denna är lutande i förhållande till den yttre skivan som först sågs. Nu har ett team av astronomer som använt NASA:s James Webb Space Telescope för att avbilda Beta Pictoris-systemet upptäck yttrligare en tidigare okänd struktur.

Forskarlaget leddes av Isabel Rebollido vid Astrobiology Center i Spanien och använde Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) och MIRI (Mid-Infrared Instrument) för att undersöka sammansättningen av Beta Pics tidigare upptäckta fragmentskivor. Resultaten överträffade deras förväntningar och avslöjade ytterligare en skarpt lutandeskiva av damm formad som en kattsvans som sträcker sig från den sydvästra delen av den sekundära skräpskivan.

”Beta Pictoris finns på avstånd lämpligt för oss att studera här finns en ljusstark stjärna  en komplex cirumstellär miljö med flerkomponentskivor, exokometer och två avbildade exoplaneter", beskriver Rebollido, huvudförfattare till studien. Även om det har gjorts tidigare observationer från marken i samma våglängdsområde som nu gjorts hade tidigare undersökningar av systemet inte den känslighet och rumsliga upplösning som från Webbteleskopet därför var det först nu som kattsvansfunktionen upptäcktes. Även med Webbteleskopet var det avgörande att se på Beta Pic i samma våglängdsområde - i det här fallet det mellaninfraröda - för att upptäcka kattensvansformationen då den bara dök upp i MIRI-data. Webbs mellaninfraröda data avslöjade även skillnader i temperatur mellan Beta Pics två skivor vilket sannolikt beror på skillnader av deras sammansättning.

"Vi förväntade oss inte att Webb skulle avslöja att det finns två olika typer av material runt Beta Pic, men MIRI visade  tydligt att materialet i den sekundära skivan och kattens svans är varmare än det i huvudskivan", beskriver Christopher Stark, medförfattare till studien vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

För att förklara den varmare temperaturen drog teamet slutsatsen att stoftet kan vara ett mycket poröst "organiskt eldfast material", liknande det material som finns på ytan av kometer och asteroider i vårt solsystem. Till exempel visade en preliminär analys av material som samlats in från asteroiden Bennu vid NASA:s OSIRIS-REx-uppdrag att det var mycket mörkt och kolrikt, ungefär som det som nu  MIRI upptäckte vid Beta Pic. En stor kvardröjande fråga kvarstår dock: Vad kan förklara formen som ser ut som en kattsvans, en unikt böjd form till skillnad från vad man ser i skivor runt andra stjärnor?

Rebollido och teamet modellerade olika scenarier i ett försök att efterlikna kattsvansformationen och reda ut dess ursprung. Även om ytterligare forskning och tester krävs, presenterar teamet en stark hypotes om att kattsvansen  är resultatet av en dammproduktionshändelse som inträffade för ca hundra år sedan.

Resultaten presenterades vid en presskonferens vid American Astronomical Societys 243:e möte i New Orleans, Louisiana. Observationerna gjordes som en del av programmet Guaranteed Time Observation 1411.

Bild vikipedia Olika planetformationsprocesser, inklusive av exokometer och andra planetesimaler (asteroidliknande himlakropp)  runt omkring Beta Pictoris (NASAs konstnärliga framställning).