De kanske avlägsnaste galaxerna

 

Ett internationellt team av astronomer tillkännagav i dagarna upptäckten av de två tidigaste och mest avlägsna galaxerna som någonsin setts, daterade till bara 300 miljoner år efter Big Bang. Dessa resultat fann man med hjälp av NASA:s James Webb Space Telescope (JWST) och markerar en viktig milstolpe i studiet av det unga universum.

Upptäckterna gjordes av JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) teamet. Daniel Eisenstein verksam vid Centrum för astrofysik | Harvard & Smithsonian (CfA) är en av ledarna för JADES och huvudforskare för det observationsprogram som avslöjade dessa galaxer. Ben Johnson och Phillip Cargile, båda forskare vid CfA, och Zihao Wu, doktorand vid Harvard vid CfA, spelade också viktiga roller av upptäckten.

På grund av universums expansion sträcker sig ljuset från avlägsna galaxer till längre våglängder under sin färd mot oss. Denna effekt är så extrem för dessa två galaxer att deras ultravioletta ljus förskjuts till infraröda våglängder något enbart JWST kan se. Eftersom ljuset tar tid att färdas kan man se mer avlägsna galaxer som de såg ut för mycket länge sedan.

De två stora galaxerna kallas JADES-GS-z14-0 och JADES-GS-z14-1. Den förstnämnda är den avlägsnaste av de två. Förutom att vara den nya distansrekordhållaren är JADES-GS-z14-0 anmärkningsvärd i sin storlek och ljusstarkhet. "Galaxens storlek visar tydligt att det mesta av ljuset kommer från ett stort antal unga stjärnor", beskriver Eisenstein, professor vid Harvard och ordförande för astronomiinstitutionen, "snarare än material som faller ner i ett supermassivt svart hål i galaxens centrum---."

Bild NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)

Måne blev månar runt asteroiden Dinkinesh

 

Dinkinesh är en asteroid i asteroidbältet som ligger mellan Mars och Jupiter ”som tills nu med en bekräftad måne”. När NASA:s rymdfarkost Lucy flög förbi sitt första officiella mål asteroiden Dinkinesh ("Dinky") i november 2023 upptäcktes att asteroiden inte var ensam. En satellitasteroid (måne) hittades som döptes till "Selam", sågs kretsade kring Dinky. När Lucy skickade data tillbaka till jorden som nu ytterliga analyserats upptäckte forskarna något överraskande: Selam var inte ensam måne utan en dubbelmåne. Det var två månar som var på väg att sammanslås.

Lucy-teamet som inkluderade Jessica Sunshine, professor i astronomi och geologi vid University of Maryland, beskrev det oväntade fyndet i en artikel som publicerades i tidskriften Nature den 29 maj 2024. Forskarna noterade att det ovanliga systemet utmanar befintliga teorier om hur asteroider och andra himlakroppar bildats över tid och ger  insikt i både Dinkys och Selams inre struktur, dynamik och evolutionära historia.

"Det finns mycket mer komplexitet i dessa små kroppar än vi ursprungligen trodde", beskriver Sunshine en av författarna till artikeln. – Med de ytterligare observationer som rymdsonden gjorde kunde vi bättre analysera egenskaper som Dinkys rotationshastighet och Selams omloppsbana. Vi har också en bättre förståelse för vilka material de kan bestå av vilket tar oss ett steg närmare att lära oss hur stenplaneter skapas.

Artikeln "The Discovery of a Contact-Binary Satellite of the Asteroid (152830) Dinkinesh by the Lucy Mission" publicerades i Nature den 29 maj 2024.

Bild https://cmns.umd.edu/   Panelerna a, b och c visar stereografiska bildpar av asteroiden Dinkinesh som togs av NASA:s rymdfarkost Lucys L'LORRI-instrument under minuterna runt den närmaste inflygningen den 1 november 2023. De gula och rosa prickarna indikerar tråget respektive åsen. Dessa bilder har bearbetats för att förbättra kontrasten. Panel d visar en sidovy av Dinkinesh och dess måne Selam tagna några minuter efter att sonden var som närmast. Upphovsman: NASA/SwRI/Johns Hopkins APL/NOIRLab.

Stjärnan 40 Eridani A visar upp en spökplanet

 

Även  de forskare som gjorde den ursprungliga, upptäckten av exoplaneten HD 26965 b antog att den fanns där runt sin sol HD 26965I (49 Eridane) som finns i ett trippelstjärnsystem i riktning mot norra delen av stjärnbilden Eridanus. – HD 26965 b jämfördes med den  fiktiva Vulcan i Star Trek 

Men det varnades dock för att det kunde visa sig vara stjärnskakningar som man misstog för en planet. De rapporterade om bevis för en "superjord" – större än jorden, mindre än Neptunus som kretsade i en 42 dagar lång omloppsbana runt en solliknande stjärna cirka 16 ljusår bort. Men en ny analys där man använt radialhastighetsmätningar med hög precision något som  inte var tillgängligt 2018 då planeten först upptäcktes bekräftar att försiktigheten i uttalandet om den möjliga planetens existens var befogad.

De dåliga nyheterna för Star Trek-fans kommer från ett instrument som kallas NEID, ett nytt tillskott till komplexet av teleskop vid Kitt Peak National Observatory. 

NEID, liksom ytterligare radialhastighetsinstrument, förlitar sig på "Doppler"-effekten: förskjutningar i ljusspektrumet hos en stjärna som avslöjar dess vinglande rörelser. I det här fallet avslöjade en analys av den förmodade planetsignalen vid olika våglängder av ljus, som sänds ut från olika nivåer av stjärnans yttre skal eller fotosfär, signifikanta skillnader mellan individuella våglängdsmätningar – deras dopplerförskjutningar – och den totala signalen när de alla kombinerades. Det betyder med all sannolikhet att planetsignalen egentligen är flimret från något på stjärnans yta som sammanfaller med en 42-dagars rotation – kanske upprörning av varmare och kallare lager under stjärnans yta, så kallad konvektion i kombination med egenskaper på stjälva stjärnytan som solfläckar och "plages", ljusa, aktiva områden. Båda kan ändra en stjärnas radialhastighetssignaler.

Även om den nya upptäckten, åtminstone för tillfället, berövar stjärnan 40 Eridani A dess planet Vulcan är nyheterna inte bara dåliga. Demonstrationen av sådana finjusterade radialhastighetsmätningar ger löfte om att göra mer trovärdiga observationer mellan verkliga planeter och skakningar och skrammel på avlägsna stjärnors ytor.

Ett forskarlag lett av astronomen Abigail Burrows vid Dartmouth College, och tidigare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory, publicerade en artikel som beskriver det nya resultatet, "The death of Vulcan: NEID reveal the planet candidate orbiting HD 26965 is stellar activity," i The Astronomical Journal i maj 2024 (Obs: HD 26965 är en alternativ beteckning för stjärnan, 40 Eridani A.)

Bild https://science.nasa.gov/ Illustartörs koncept av den tidigare föreslagna möjligt existerande planet, HD 26965 b – ofta jämförd med den fiktiva "Vulcan" i Star Trek-universumet. Upphovsman: JPL-Caltech

Rossbyvågor på solen

 

Bild vikipedia. Rossbyvågor i jetströmmen över jorden.

En Rossbyvåg eller planetarisk våg är en storskalig våg mellan två nästan parallella skikt som ligger nästan vinkelräta mot en rotationsaxel. Rossbyvågor uppträder i jordens atmosfär och i haven där de bildas genom Corioliseffektens variationer på olika latituder. 

Deras längd kan uppgå till omkring 5–10 000 kilometer. Rossbyvågor i atmosfären beskrevs och förklarades första gången 1939 av meterolog  Carl-Gustaf Rossby.

Även om solen är den bäst och mest undersökta stjärnan har många frågor om dess fysik ännu inte klarlagts. Ex de rytmiska fluktuationerna i solaktiviteten. Den mest kända av dessa är att solen i genomsnitt når ett strålningsmaximum vart elfte år (den så kallade solfläckscykeln). Denna aktivitetscykel uppstår eftersom solens magnetfält förändras i periodcykler och då vänder polariteten. Detta är i sig inte ovanligt för en stjärna – om det inte vore för det faktum att solens är anmärkningsvärt stabil.

Solfläckscykeln överlagras av andra, mindre uppenbara fluktuationer av aktivitet som sträcker sig från några hundra dagar till flera hundra år var och en uppkallad efter sin upptäckare. Även om det redan har gjorts försök att förklara dessa cykler genom ex  matematiska beräkningar finns det fortfarande ingen heltäckande fysikalisk modell som förstår fenomenet helt.  Under några år har Dr. Frank Stefani från HZDR:s Institute of Fluid Dynamics varit en förespråkare för "planethypotesen" eftersom det är tydligt att planeternas gravitation utövar en tidvatteneffekt på solen, liknande den månen gör på jorden. Denna effekt på solen är starkast vart 11,07:e år: när de tre planeterna Venus, jorden och Jupiter ligger i linje med solen i en särskilt markant linje, jämförbar med  vårfloden på jorden vid nymåne eller fullmåne. Detta sammanfaller på ett iögonfallande sätt med solfläckscykeln.

Solens magnetfält bildas av komplexa rörelser av det elektriskt ledande plasmat inuti solen. Detta kan jämföras med en stor dynamo som genererar en cirka 11-årig aktivitetscykel där planeternas inflytande ingriper i dynamons funktion vilket upprepade gånger ger den en liten knuff och därmed är anledningen till den ovanligt stabila 11,07-årsrytmen på solen, förklarar Stefani.

För flera år sedan upptäckte han och hans kollegor starka bevis av en regelbunden process av detta slag i tillgänglig observationsdata. De kunde också korrelera olika solcykler med planeternas rörelser med hjälp av matematiska metoder. Till en början kunde dock sambandet inte förklaras helt fysiskt. 

"Nu har vi hittat den bakomliggande fysikaliska mekanismen. Vi vet hur mycket energi som krävs för att synkronisera dynamon och vi vet att denna energi kan överföras till solen av så kallade Rossbyvågor. Det fina är att vi nu inte bara kan förklara solfläckscykeln och längre solcykler utan också de kortare Rieger-cyklerna som vi inte ens hade tänkt på tidigare", beskriver Stefani. 

Rossbyvågor är på solen virvelformade strömmar som liknar de storskaliga vågrörelserna i jordens atmosfär som styr hög- och lågtryckssystem. Forskarna räknade ut att tidvattenkrafterna under vårfloden på två av de tre planeterna Venus, Jorden och Jupiter hade exakt rätt egenskaper för att aktivera Rossbyvågorna – en insikt med många konsekvenser: först och främst uppnår dessa Rossbyvågor då tillräckligt höga hastigheter för att ge soldynamon den nödvändiga drivkraften; För det andra inträffar detta var 118:e, 193:e och 299:e dag i enlighet med Riegercyklerna som har observerats på solen. Och för det tredje kan alla ytterligare solcykler beräknas på denna grund.

Alla cykler förklaras av en enda modell

NASA:s Swift-satellit och AI blev avståndsmätare till avlägsnaste gammablixtarna

 

Astronomer använder numera AI för att mäta universums expansion.

Två nyligen genomförda studier under ledning av Maria Dainotti, gästprofessor vid UNLV:s Nevada Center for Astrophysics och biträdande professor vid National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), införlivade flera maskininlärningsmodeller för att lägga till en ny nivå av precision till avståndsmätningar till gammablixtar (GRB) vilka är de mest ljusstarka och våldsamma explosionerna i universum. Då gammablixtar är så ljusstarka kan de observeras på flera avstånd – även i utkanten av det synliga universum – och hjälper astronomer i deras strävan att finna de äldsta och mest avlägsna stjärnorna.

Men på grund av den nuvarande teknikens begränsningar är det endast en liten andel av de kända gammablixtarna som har de observationsegenskaper som behövs för att hjälpa astronomer att beräkna hur långt bort de finns.

– Den här forskningen  flyttar fram gränserna för både gammastrålningsastronomi och maskininlärning, beskriver Dainotti. "Uppföljande forskning och innovation kommer att hjälpa oss att uppnå ännu mer tillförlitliga resultat och göra det möjligt för oss att besvara några av de mest angelägna kosmologiska frågorna, inklusive de tidigaste processerna i universum och hur universum utvecklats över tid."

I en av studierna använde Dainotti och Aditya Narendra (sistaårsdoktorand) vid Polens Jagellonska universitet flera maskininlärningsmetoder (AI) för att exakt mäta avståndet till gammablixtar som observerats av rymdteleskopet Swift UltraViolet/Optical Telescope (UVOT) och Subaruteleskopet inklusive markbaserade teleskop. Mätningarna baserades enbart på icke avståndsrelaterade gammablixtegenskaper.

Forskningsresultatet publicerades den 23 maj i tidskriften Astrophysical Journal Letters. "Resultatet av studien är så exakt att vi med hjälp av förutspått avstånd kan bestämma antalet gammablixtar i en given volym och tid (kallad hastigheten), vilket är mycket nära de faktiska observerade uppskattningarna", beskriver Narendra.

I en annan studie ledd av Dainotti och internationella samarbetspartners som varit framgångsrik i att mäta gammablixtavstånd med maskininlärning (med hjälp av data från NASA:s Swift X-ray Telescope (XRT)) av efterglöd från så kallade långa gammablixtar. Gammablixtar tros förekomma av olika slag. Långa gammablixtar inträffar när en tung stjärna når slutet av sitt liv och exploderar i en spektakulär supernova. En annan typ, känd som korta gammablixtar, uppstår när resterna av stjärnor ex neutronstjärnor smälter samman genom gravitationen och kolliderar med varandra.

En tredje studie, publicerad den 21 februari i Astrophysical Journal Letters under ledning av astrofysikern Vahé Petrosian och Dainotti, användes Swift-röntgendata för att undersöka gammablixthastighet – på små relativa avstånd som inte följer stjärnbildningshastigheten.

Studien, som publicerades den 26 februari 2024 i The Astrophysical Journal, Supplement Series, uppskattar på ett tillförlitligt sätt avståndet till 154 långa gammablixtar för vilka avståndet var okänt tidigare och ökar avsevärt populationen av kända avstånd till denna typ av blixtrar.

Bild vikipedia på Swift-satelliten.

Forntida koldioxid och kolmonoxidis upptäckt på transneptunska objekt

 

Ett transneptunskt objekt (TNO) är en himlakropp  som kretsar kring solen på ett större medelavstånd från solen än planeten Neptunus. Vi talar då om Kuiperbältet där det finns ca 70000 tramsneptuniska objekt (dvärgplaneter, asteroider och kometer).

Att bekräfta förekomsten av koldioxid och kolmonoxid på TNO:er öppnar många möjligheter att ytterligare studera och kvantifiera hur eller varför det förekommer där, beskriver Pinilla-Alonso som är medförfattare till studien och leder DiSCo-TNOs-programmet vari forskningen bedrevs.

– Upptäckten av  koldioxid på transneptunska objekt var spännande men än mer fascinerande var dess egenskaper, beskriver hon. – Det spektrala avtrycket av koldioxid avslöjade två distinkta ytsammansättningar i vårt prov. I vissa TNO:er blandas koldioxid med andra material som metanol, vattenis och silikater. Men i en annan grupp – där koldioxid och kolmonoxid är viktiga ytkomponenter – var den spektrala signaturen påfallande unik. Detta skarpa koldioxidavtryck liknar inget som observerats på andra himlakroppar i solsystemet eller replikerats i laboratoriemiljöer.

Det verkar nu klart att  koldioxid finns i överflöd och verkar isolerat från andra material, men förklarar inte bandformen, beskriver Pinilla-Alonso. Att förstå dessa koldioxidband är sannolikt knutet till deras unika optiska egenskaper och hur de reflekterar eller absorberar specifika färger av ljus beskriver hon.

Det är en vanlig teori att koldioxid kanske finns i TNO:er eftersom koldioxid finns i gasform i kometer, som är jämförbara i sammansättning, beskriver Pinilla-Alonso.

– I kometer observerar vi koldioxid som en gas som frigörs från sublimering av is på eller strax under ytan,(då dessa närmar sig solen på sin bana) beskriver hon. – Men eftersom koldioxid aldrig hade observerats på ytan av TNO:er var den allmänna uppfattningen att den var fångad under ytan. Våra senaste rön vänder upp och ner på denna uppfattning. Vi vet nu att koldioxid inte bara finns på ytan av TNO:er utan också är vanligare där än vattenis som vi tidigare trodde var vanligare. Detta avslöjande förändrar dramatiskt vår förståelse av sammansättningen av TNO:er och tyder på att de processer som påverkar ytorna är mer komplexa än vi insett.

De Prá började på UCF FSI 2022 som biträdande forskare. Han har tidigare tillbringat nästan fyra år som framstående postdoktor vid FSI. De Prá doktorerade i astronomi 2017 vid Observatório Nacional do Rio de Janeiro, Brasilien. Han arbetar med observationell planetvetenskap och använder flera mark- och rymdbaserade teleskop för att studera sambandet mellan olika små objektpopulationer.

De ansvariga i studien var. Pinilla-Alonso är professor vid FSI som varit medlem där sedan 2015. Hon doktorerade i astrofysik och planetvetenskap vid Universidad de La Laguna i Spanien. Pinilla-Alonso har också en delad utnämning som professor vid UCF:s institution för fysik och har lett många internationella observationskampanjer till stöd för NASA-uppdrag som New Horizons, OSIRIS-REx och Lucy.

Bild vikipedia. En illustratörs version av Kuiperbältet och Oorts kometmoln.

De första galaxerna uppkom i gas

Forskare har analyserat data från NASA:s James Webb Space Telescope och identifierat tre galaxer som troligen bildades när universum var 400 till 600 miljoner år gammalt. Webbs data visar att dessa galaxer är omgivna av gas som forskarna misstänker består De består nästan enbart av väte och helium. De första grundämnena som existerade i kosmos. Webbs instrument är så känsliga att de kunde upptäcka att det fanns  ovanligt mycket och tät gas omkring dessa galaxer. En gas som sannolikt gav bränslet till bildandet av de första stjärnorna som sedan samlades till galaxer.

"Dessa galaxer är som gnistrande öar i ett hav av neutral, ogenomskinlig gas", förklarar Kasper Heintz, huvudförfattare och biträdande professor i astrofysik vid Cosmic Dawn Center (DAWN) vid Köpenhamns universitet i Danmark. Utan Webb skulle vi inte kunnat observera dessa mycket tidiga galaxer än mindre förstå när de bildades eller av vad. I Webbs bilder ser galaxerna ut som svagt röda fläckar vilket är anledningen till att extra data o form av den  spektral undersöktes något sam var avgörande för teamets slutsatser.

 Dess spektra visar att ljus från dessa galaxer absorberas av stora mängder neutral vätgas. "Gasen måste vara mycket utbredd och täcka en mycket stor del av galaxen", beskriver Darach Watson, medförfattare och professor vid DAWN och tillägger. – Det tyder på att vi ser hur neutral vätgas samlas i koncentrationer av gas. Den gasen kom att svalna, klumpa ihop sig och bilda nya stjärnor.

Universum var en helt annan några hundra miljoner år efter big bang under en period för att sedan övergå i  återjoniseringens era. 

 Gasen mellan stjärnor och galaxer var i stort sett ogenomskinlig. Gas i hela universum blev helt genomskinlig först cirka 1 miljard år efter big bang då gasen tunnandes och och universum expanderat vidare. Galaxernas stjärnor bidrog till att värma upp och jonisera gasen runt dem vilket gjorde att gasen så småningom blev helt genomskinlig.

Men det återstår fler frågor att ta itu med. Var var gasen specifik? Hur mycket av den koncentrerades i galaxernas centrum – och hur mycket i deras utkanter? Är gasen bestående av enbart väte och helium eller innehåller den redan då tyngre grundämnen? Betydande forskning ligger framför forskarna. – Nästa steg är att bygga upp stora statistiska urval av galaxer och kvantifiera förekomsten och framträdandet av gas och  egenskaper i detalj, beskriver Heintz.

Studien har publicerats i tidskriften Science den 24 maj 2024

Bild https://www.pickpik.com/