Hur svarta hål växer och nya stjärnor bildas

 

När supermassiva svarta hål är aktiva har de en avgörande roll för hur galaxer utvecklas. Fram tills nu har man ansett att tillväxten utlöses av den våldsamma kollisionen mellan två galaxer som smälter samman. Men ny forskning ledd från University of Bath tyder på att galaxsammanslagningar inte räcker för att driva ett svart hål – en reservoar av kall gas i mitten av galaxen behövs också.

Den nya studien, som publicerats i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, tros vara den första som beskriver användning av AI  för att klassificera galaxkollisioner med det specifika syftet att utforska förhållandet mellan galaxkollision, supermassiv ansamling av svarta hål och stjärnbildning.

Hittills har koncentrationer av svarta hål klassificerats (ofta felaktigt) enbart genom mänsklig observation. Under större delen av sin tid är svarta hål icke aktiva fast materia kretsar runt dem. Materia som har liten inverkan på galaxen som helhet. Men under korta faser i tid (korta endast på en astronomisk skala troligen varar de miljoner till hundratals miljoner år) sker stark gravitation som drar stora mängder gas till det svarta hålet (en händelse som kallas ackretion), vilket resulterar i en ljusstark skiva som i ljusstyrka kan överglänsa galaxen.

Det är dessa korta aktivitetsfaser som är viktigast i galaxers utveckling, eftersom de enorma mängder energi som frigörs från ackretionsskivan kan påverka att många stjärnor bildas i galaxen. Av goda skäl är därför en av de största utmaningarna inom astrofysiken att fastställa vad som får en galax att röra sig mellan sina två tillstånd – vilande och stjärnbildande.

Bild https://freerangestock.com/

Är galaxen GN-z11 den yngsta galax som upptäckts och den första med helium- vätestjärnor?

 

Med hjälp av NASA:s James Webb Space Telescope har två forskarlag studerat den ljusstarka galaxen GN-z11, som existerade redan när vårt 13,8 miljarder år gamla universum enbart  var cirka 430 miljoner år gammalt. De fann de  tydliga bevis på att galaxen har ett centralt, supermassivt svart hål som snabbt drar till sig materia. Upptäckten gör detta till det mest avlägsna aktiva supermassiva svarta hål som upptäckts hittills.

– Vi fann extremt tät gas något som är vanlig i närheten av supermassiva svarta hål som samlar in gas, beskriver Roberto Maiolino vid Cavendish Laboratory och Kavli Institute of Cosmology vid University of Cambridge i Storbritannien.

Med hjälp av Webb fann teamet även indikationer på joniserade kemiska grundämnen som vanligtvis observeras nära växande supermassiva svarta hål. Dessutom upptäckte de en mycket kraftfull vind som drivs ut ur galaxen. Sådana höghastighetsvindar drivs vanligtvis av processer som är förknippade med kraftigt växande supermassiva svarta hål.

"Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) avslöjade en central, kompakt källa vars färger överensstämmer med färgerna av en ackretionsskiva som omger ett svart hål", beskriver forskaren Hannah Übler, också vid Cavendish Laboratory och Kavliinstitutet. Sammantaget visar detta att GN-z11 är värd för ett supermassivt svart hål med en solmassa på 2 miljoner solmassor i en mycket aktiv fas av konsumerande materia vilket är anledningen till att galaxen är så ljusstark.

Ett andra team, även detta under ledning av Maiolino använde Webbs NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) och fann en gasformig klump av helium i halon som omger GN-z11.

"Det faktum att vi inte ser något annat än helium tyder på att den här klumpen måste vara ganska orörd", beskriver Maiolino. "Detta är något som förväntats i teori och simuleringar i närheten av särskilt massiva galaxer från denna första tid - att det skulle finnas fickor av orörd gashalon vilka kan kollapsa och bilda Population III-stjärnhopar."

Den första generationen stjärnor som bildats nästan helt av väte och helium – är ett av de viktigaste målen för modern astrofysik (att bevisa existensen av). Dessa stjärnor förväntas vara mycket massiva, mycket ljusstarka och mycket heta. Deras förväntade signatur i spektra är närvaron av joniserat helium och frånvaron av kemiska grundämnen  tyngre än helium.

Bildandet av de första stjärnorna och galaxerna markerar ett fundamentalt skifte i den kosmiska historien, under vilken universum utvecklades från ett mörkt tillstånd till den mycket strukturerade och komplexa miljö vi ser idag genom återjonisering och därefter bildandet av andra generationen stjärnor av det slag som vår sol med skiftande grundämnen.

I framtida Webb-observationer kommer Maiolino, Übler med team att utforska GN-z11 mer på djupet och hoppas då kunna stärka bevis på Population III-stjärnorna i dess halo.

Forskningen på den orörda gasklumpen i GN-z11:s halo kommer( eller är nu) att publiceras i  Astronomy & Astrophysic.

Bild https://webbtelescope.org/  GOODS-North Field

Nästa gång ett objekt som Oumuamua dyker upp är vi bättre förberedda

 

Oumuamua var det första interstellära objektet som vi upptäckte i vår närhet som observerats av astronomer. Man hann dock  inte undersöka objektet då det kom som en överraskning och snabbt tog en väg in och ut ur solsystemet  diskussionerna blev sedan om det var en främmande farkost eller en asteroid. Ännu  är det inte bevisat vad det var.

Med tanke på 'Oumuamuas ovanliga natur  och den information som ISO-filer kan avslöja om avlägsna stjärnsystem, är astronomer angelägna om att få en närmare titt på framtida besökare från den interstellära rymden.

Flera förslag lagts fram för interceptor-rymdfarkoster som skulle kunna genskjuta framtida objekt och studera dem. I en ny artikel av ett team från Southwest Research Institute (SwRI) studerade Alan Stern och hans kollegor möjliga koncept och rekommenderade ett specialbyggt ISO-förbiflygningsuppdrag som kallas Interstellar Object Explorer (IOE).

De visar också hur dessa uppdrag skulle kunna utföras med en blygsam budget med nuvarande rymdfartsteknik. Baserat på dessa vetenskapliga mål listade Stern och hans kollegor vilka instrument IOE skulle behöva. Dessa inkluderar:

En pankromatisk kamera som tar bilder av synlig våglängd och bågsekundsvinkelupplösning och högt dynamiskt omfång

En kamera för synlig våglängd med tre filter (min) och en infraröd bildspektrometer som spänner över våglängdsområdet 1–2,5 um (eventuellt upp till 4 um) med en upplösningsförmåga på minst 100

En ultraviolett (UV) spektrometer som spänner över våglängdsområdet 700–1970 ångström (Å) med en spektralupplösning på minst 20 Å

En pankromatisk kamera för synliga ljusvåglängd och UV- och infraröda bildspektrometrar

Studien genomfördes av Alan Stern, huvudforskare för NASA:s New Horizons-uppdrag, och hans kollegor vid Southwest Research Institute (SwRI) i Boulder, Colorado. Detta inkluderade Principal Scientist Silvia Protopapa, chefen Matthew Freeman, forskaren/regissören Joel Parker och systemingenjören Mark Tapley. De fick sällskap av Cornell Research Associate Darryl Z. Seligman och Caden Andersson, forskare vid Colorado-baserade företaget Custom Microwave Inc. (CMI). Deras artikel publicerades den 5 februari 2024 i tidskriften Planetary and Space Science.

Bild vikipedia (ESO/M. Kornmesser & nagualdesign) Konstnärs återgivning av 1I/ʻOumuamua.  

Vatten upptäckt i protoplanetär skiva runt stjärnan HL Tauri

 

Forskare har hittat vattenånga i den protoplanetära skivan runt en ung stjärna där planeter kanske  bildas. Upptäckten har möjliggjorts med teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) – en samling teleskop i den chilenska Atacamaöknen. Vid University of Manchesters Jodrell Bank Centre for Astrophysics finns det brittiska ALMA Regional Centre Node (UK ARC) som stöder brittiska astronomer som använder ALMA.

Dr Anita Richards, Senior Visiting Fellow vid University of Manchester och tidigare medlem i UK ARC hade en nyckelroll i den grupp som verifierade driften av mottagarsystemet "Band 5" vilket var avgörande för att ALMA skulle kunna göra den detaljerade bilden av vattnet.

Resultatet av observationen publicerades i dagarna i tidskriften Nature Astronomy och här avslöjas en mängd av minst tre gånger så mycket vatten som i alla jordens hav tillsammans i det inre av skivan runt den solliknande stjärnan HL Tauri som finns ca 450 ljusår från jorden i stjärnbilden Oxen.

Stefano Facchini, astronom vid universitetet i Milano, Italien var den som ledde studien, beskriver: "Jag hade aldrig föreställt mig att vi skulle kunna upptäcka oceaner av vattenånga i samma område där en planet sannolikt håller på att bildas."

Medförfattaren Leonardo Testi, astronom vid universitetet i Bologna, Italien, tillägger: "Det är verkligen anmärkningsvärt att vi inte bara kan upptäcka utan även fånga detaljerade bilder av vattenånga på ett avstånd av 450 ljusår från oss."

En betydande mängd vatten hittades i det område där det finns ett tomrum i HL Tauris protoplanetära skiva. En plats där en planet potentiellt kan bildas. Vattenångan här kan påverka den kemiska sammansättningen av planeter som bildas i områden som detta.

HL Tauri är en ung T Tauri-stjärna (en klass av variabla stjärnor som fått sitt namn efter prototypen -T Tauri. De finns nära molekylmoln och kan identifieras av deras optiska varierande styrka och starka kromosfäriska linjer).

Bild vikipedia En bild från superteleskopet ALMA i Chile från 2014, på planetbildningen vid stjärnan HL Tauri.

Dvärggalaxer har återjoniserat universum i dess tidigaste tid.

 

Mycket återstår att förstå om universums tidiga historia den tid som kallas återjoniseringens era. Det var en period av mörker utan några stjärnor eller galaxer, fylld med en tät dimma av vätgas fram tills de första stjärnorna joniserade gasen omkring dem och ljuset började färdas genom gasen. Astronomer har tillbringat årtionden med att försöka identifiera de källor som sände ut strålning som var tillräckligt kraftfull för att gradvis rensa bort denna vätedimma som täckte det unga universum.

Ett forskningsprogram med namnet Ultradeep NIRSpec och NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) arbetade med både avbildning och spektroskopiska observationer av linsklustret från Abell2744.  Abell 2744 är en samling av galaxer.

 Ett internationellt team av astronomer använde gravitationslinsning på detta mål, även känt som Pandoras hop för att undersöka källorna till universums återjonisering. Gravitationslinsen förstorar och förvränger utseendet på avlägsna galaxer, så att de ser väldigt annorlunda ut och ses närmre än de i förgrunden.

Galaxhopens "lins" är så massiv att den förvränger själva rymden så mycket att ljus från avlägsna galaxer som passerar genom den förvrängda rymden också får ett förvrängt utseende. Förstoringseffekten gjorde det möjligt för teamet att studera mycket avlägsna ljuskällor bortom Abell 2744, vilket avslöjade åtta extremt ljussvaga galaxer som varit omöjliga att upptäcka, även för Webbteleskopet.

Forskarlaget fann att dessa ljussvaga galaxer är enorma producenter av ultraviolett ljus, på nivåer som är fyra gånger högre än vad man tidigare antagit möjligt. Det betyder att de flesta fotoner som återjoniserade universum sannolikt kom från dvärggalaxer.

– Upptäckten avslöjar den avgörande roll som ultraljussvaga galaxer spelade i det tidiga universums utveckling, beskriver Iryna Chemerynska vid Institut d'Astrophysique de Paris i Frankrike. – De producerade joniserande fotoner som omvandlade neutralt väte till joniserad plasma till kosmisk återjonisering. Det belyser vikten av att förstå galaxer med låg massas betydelse i universums historia.

"Dessa kosmiska kraftpaket avger tillsammans mer än tillräckligt med energi för att återjonisera", tillade teamledaren Hakim Atek, också från Institut d'Astrophysique de Paris och huvudförfattare till artikeln som beskriver detta resultat. Trots sin ringa storlek är dessa galaxer med låg massa produktiva producenter av energirik strålning och deras förekomst under denna period är så betydande att deras kollektiva inflytande kunde förändra hela universums tillstånd.

För att komma fram till denna slutsats kombinerade teamet först extremt känsliga Webb-avbildningsdata med bilder av Abell 2744 från NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble för att välja ut extremt ljussvaga galaxkandidater under återjoniseringens epok.

Detta följdes av spektroskopi med Webbs Near-InfraRed Spectrograph (NIRSpec). Instrumentets Multi-Shutter Assembly användes för att fånga flera spektra av dessa ljussvaga galaxer. Det här är första gången som forskare på ett tillförlitligt sätt har upptäckt hur vanliga ljussvaga galaxer är. Resultaten bekräftar att de var den vanligaste typen av galaxer under återjoniseringsepoken. Detta är också första gången som dessa galaxers joniserande kraft har mätts vilket gjorde det möjligt för astronomerna att fastställa att de producerade tillräckligt med energirik strålning för att jonisera det unga universum.

Bild vikipedia Schematisk tidslinje över universum, som visar återjoniseringens plats i den kosmiska historien.

Fler observationer av UFO i västra USA än i östra USA.

 

I en ny studie under ledning av geografer vid University of Utah har man undersökt  om lokala miljöfaktorer ökar eller minskar i antalet observationsrapporter i USA. De använde data från National UFO Research Center och inkluderade cirka 98 000 observationsrapporter från en 20-årsperiod (från 2001 till 2020).

 I varje stat i USA analyserade forskarna två förhållanden: Sky view potential, som hänvisar till områdets ljusföroreningar, molntäcke och trädkronor och potentialen för att naturliga objekt är närvarande på himlen vilket innebär närheten till flygplatser och militära installationer.

Majoriteten av UFO- observationerna kom från de västra delarna av USA troligen på grund av regionens fysiska geografi många vidöppna ytor och mörk himmel (inte så många ljusföroreningar). UAP-rapporterade hotspots hade i många fall trovärdiga relationer med flygtrafik och militär aktivitet vilket tyder på att människor upptäcker verkliga föremål men inte känner igen vad de är.

"Tanken är att om du har en chans att se något, så är det mer sannolikt att du kommer att se oförklarliga fenomen på himlen", beskriver Richard Medina, docent i geografi vid University of Utah och huvudförfattare till studien och tillägger. "Det finns mer teknik på himlen än någonsin tidigare, så frågan är: Vad är det egentligen folk ser? Det är en svår fråga att svara på men en viktig fråga eftersom all osäkerhet kan vara ett potentiellt hot mot den nationella säkerheten”. Ex spionfarkoster från andra länder som de upptäckta kinesiska ballongerna för inte så länge sedan.

Att förstå det miljömässiga sammanhanget i  observationer kommer att göra det lättare att hitta förklaringar till förekomsten och hjälpa till att identifiera verkligt avvikande objekt de som kan vara ett legitimt hot.

Geograferna såg på antalet observationer per 10 000 personer per stat och identifierade signifikanta kluster av ett lågt antal rapporter (kalla fläckar) och ett högt antal rapporter (hot spots). Det rapporterades betydligt fler observationer i västra och i nordöstra USA, längs några isolerade områden. De kalla fläckarna fanns på de centrala slätterna och i sydöstra USA.

Alla resultat stödde den allmänna hypotesen att människor kommer att se saker där det finns en möjlighet. "Väst har en historisk relation till UAP – Area 51 i Nevada, Roswell i New Mexico och i Utah har vi Skinwalker Ranch i Uinta Basin och militär aktivitet i U.S. Army Dugway Proving Ground", beskriver Medina. "Dessutom finns det ett robust friluftsliv där folk är ute och tittar upp mot himlen."

Artikeln publicerades den 14 december 2023 i tidskriften Scientific Reports.

Bild https://www.deviantart.com/

En bättre förståelse av jordens jonosfär

 

citerat ur vikipedia "Jonosfär är den del av en himlakropps övre atmosfär som joniseras av strålning från rymden och därför utgörs av plasma. Jonosfärer kännetecknas av hög elektrontäthet och därmed hög elektrisk ledningsförmåga. På grund av detta påverkar jonosfären utbredningen av radiovågor och möjliggör långväga radiotrafik på kortvåg mellan områden runt om jordklotet.

Jordens jonosfär sträcker sig från en höjd på omkring 80 km över jordytan. Uppåt övergår den sedan gradvis i magnetosfären utan tydlig gräns. Oftast sägs den sluta någonstans mellan 500 km och 2000 km över markytan. Många satellitbanor går inom jonosfären, exempelvis Internationella rymdstationen som ligger på 300 till 400 km höjd." slut citat.

Nya mätmetoder förväntas utvecklas och möjliggöra förbättrade mätningar av jordens jonosfär. Något som gör det enklare att studera rymdväder och minska dess effekter på jorden i tid för att kanske kunna mildra radiostörningar.

– Vi upptäckte att magnetfältet förde in brus i radiosignaler. Den omedelbara effekten av detta är att försöka möjliggöra förbättrade mätningar av jordens jonosfär. Dessutom drivs alla de ogynnsamma förhållanden som diskuteras om riskerna med rymdväder i slutändan av att jordens jonosfär reagerar på solens plasma, beskriver Elizabeth Jensen, Planetary Science Institute Associate Researcher Scientist och huvudförfattare till "The Hunt for Perpendicular Magnetic Field Measurements in Plasma" som publicerats i The Astrophysical Journal. "Genom att minska felet i GPS-signaler från horisonten och utöka täckningen till polerna förbättras omedelbart problem med kommunikationsförluster."

Rymdväderprognoser, fysiken bakom att destabilisera jonosfären av solens plasma, domineras av temperatur, hastighet, densitet och magnetfältet hos plasmat som kommer från solen. Den största felkällan i dagens rymdvädermodeller härrör från bristen på magnetfältsmätningar i mellanrummet mellan solen och jorden. Genom att förbättra vår förmåga att förutsäga rymdväder, genom förbättrade magnetfältsmätningar, kan vi minska kostnaderna för dessa ogynnsamma förhållandens effekter på radiotrafiken på jorden och i rymden.

– Här på jorden är vi i första hand intresserade av rymdväder. Rymdväder består av hur jordens plasmaregioner reagerar på det plasma som solen släpper ut. Ogynnsamma förhållanden från denna interaktion inkluderar satellitskador, bestrålning av personal inte bara på rymdstationen utan även på flyg nära polerna, dålig kommunikation på grund av förlust av signalkommunikation som påverkar flygplan och annan GPS-beroende utrustning, till exempel självkörande fordon, och skador på utrustning som kraftledningar eller undervattenskablar", beskriver Jensen.

Arbetet ovan stöddes av Planetary Science Institute och University of Utahs anläggningar. Medarbetarna Jamesina Simpson och Yaser Rahmani har lagt ner sin personliga tid på detta arbete. Jensen var självfinansierad genom sitt företag, ACS Engineering & Safety.

Bild vikipedia Polarsken (norrsken) är ljus som utsänds från jonosfären där den träffas av energirika partiklar, mest elektroner, från magnetosfären.