Tre så kallade superjordar funna runt stjärnan HD 48498

 

Astronomer har upptäckt tre potentiella "superjordar" som kretsar kring en relativt närliggande orange dvärgstjärna. Detta banbrytande fynd gjordes av ett internationellt forskarlag under ledning av Dr Shweta Dalal från University of Exeter.

Exoplaneterna kretsar kring stjärnan HD 48498. Dess omloppsbanor runt sin sol  är på 7, 38 respek151 jorddagar. Att uppmärksamma är att den yttersta exoplaneten befinner sig i den livsvänliga zonen av sin sol där förhållandena är sådana att flytande vatten kan finnas. Denna region, som ofta kallas Guldlockszonen, anses vara idealisk för att potentiellt stödja liv.

Forskarna betonar vikten av  upptäckten av solsystemet och noterar att denna orange stjärna är något lik vår sol och representerar det närmaste planetsystemet till oss som kan hysa en superjord i den beboeliga zonen runt en solliknande stjärna.

Dessa potentiella så kallade superjordar är planeter med en massa större än jorden men betydligt mindre än vårt solsystems isjättar Uranus och Neptunus. Superjordarna identifierades genom HARPS-N Rocky Planet Search-programmet. Under ett decennium samlade teamet in nästan 190 radialhastighetsmätningar med hög precision med hjälp av spektrografen HARPS-N. 

Studien där dessa resultat beskrivs  publicerades  i tidskriften MNRAS den 24 juni 2024.

Bild https://news.exeter.ac.uk/ Konstnärligt intryck av planetsystem HD48948 som ligger på ett avstånd av 55 ljusår från jorden. Rymdfarkosten Voyager 1 skulle med sin nuvarande hastighet ta nästan en miljon år för att nå HD48948. Bild: Soumita Samanta (https://www.soumitasamanta.com)

Mysteriet med ett svart hål som redan innehöll en miljard solmassor då universum var ungt.

 

James Webbteleskopet har observerat en galax i ett  ungt stadium av universum. När man blickar bakåt i tiden blev det tydligt att ljuset från galaxen J1120+0641 tog nästan lika lång tid på sig att nå jorden som det har tagit för universum att utvecklas fram till idag. Det är svårt att förstå hur det svarta hålet i denna galax centrum kunde ha haft ett innehåll av  över en miljard solmassor redan då i universums första tid vilket oberoende mätningar har visat.

Nya observationer av materia i närheten av det svarta hålet borde då avslöja en  effektiv matningsmekanism in i hålet men detta kunde man ej finna. Detta gör resultatet än mer extraordinärt: då det kan betyda att astrofysiker förstår mindre om galaxers utveckling än de trodde.

Den första miljarden år i  universums historia utgör en utmaning för att förstå. De tidigaste kända svarta hålen i galaxers centrum har förvånansvärt stora massor. Hur kunde de bli så massiva så snabbt? Observationen som beskrivs ovan ger starka bevis att vissa föreslagna förklaringar bör finnas särskilt mot ett "ultraeffektivt matningsläge" de tidigaste svarta hålens tillväxt kan inte ha skett slumpmässigt snabbt. 

Materia som faller in mot ett svart hål bildar en virvlande, het, ljus "ackretionsskiva". När detta händer runt ett supermassivt svart hål blir resultatet en aktiv galaxkärna. De ljusaste av dessa objekt (I Centrum av en galax) kallas kvasarer och är bland de ljusaste astronomiska objekten i hela kosmos. Den ljusstyrkan begränsar hur mycket materia som kan falla in i det svarta hålet: Ljuset utövar ett tryck som kan hindra ytterligare materia att falla in.

Därför blev astronomerna förvånade när observationer av avlägsna kvasarer under de senaste tjugo åren avslöjat mycket unga svarta hål som ändå nått massor så höga som 10 miljarder solmassor. Det tar tid för ljus att färdas från ett avlägset objekt till oss, så att se på så avlägsna objekt innebär 'ven att se in i ett avlägset förflutet. Vi ser de mest avlägsna kända kvasarerna som de var i en era som kallas "kosmisk gryning", mindre än en miljard år efter Big Bang, tiden då de första stjärnorna och galaxerna bildades.

Att förklara dessa tidiga massiva svarta hål är en stor utmaning för dagens teorier om galaxers utveckling. Kan det vara så att tidiga svarta hål var mycket effektivare på att dra till sig gas än senare svarta hål? Eller kan förekomsten av stoft påverka uppskattningar av kvasarmassan på ett sätt som fick forskarna att överskatta de tidiga svarta hålens massor? Det finns många förslag till förklaringar just nu, men ingen som är allmänt accepterad. Kvasarens breda linjeområde, där klumpar av gas kretsar runt det svarta hålet med hastigheter nära ljusets hastighet –  gör det möjligt att dra slutsatser om det svarta hålets massa och densiteten och joniseringen av den omgivande materian visar inget extraordinärt.

Genom att nästan alla egenskaper som kan härledas i ett spektrum därifrån skiljer sig J1120+0641 inte från kvasarer av yngre slag.

Sammantaget bidrar de nya observationerna bara till mysteriet: Tidiga kvasarer var lika senare epokers. Oavsett i vilka våglängder vi observerar dem är kvasarer nästan identiska vid alla tidsepoker av universum, beskriver Bosman. Inte bara de supermassiva svarta hålen själva utan även deras matningsmekanismer var tydligen redan helt "mogna" när universum bara var 5 procent av sin nuvarande ålder. Genom att utesluta ett antal alternativa lösningar ger resultaten starkt stöd för teorin att supermassiva svarta hål började med betydande massor redan från början, på astronomispråk: att de är "ursprungliga. Supermassiva svarta hål bildades inte från resterna av tidiga stjärnor och växte sedan mycket snabbt utan måste ha bildats tidigt med en massa på minst hundratusen solmassor, förmodligen genom kollaps av ett massiva tidigt gasmoln.

Vi ska ha i åtanke att universums första tid var detta mindre och hade en hög densitet av vätemoln (gasmoln) som bör ha gjort att svarta hål växt snabbt och även att svarta hål kan vara det första bland det som kom till vid BigBang.

Dr. Sarah Bosman vid Max Planck-institutet för astronomi, Heidelberg är kontaktperson för den artikel inlägget utgått från.

Bild https://www.mpg.de/ Konstnärs intryck av den ljusa kärnan i en kvasar (en aktiv galax). Det supermassiva svarta hålet i mitten är omgivet av en ljus skiva av gas och stoft. Stoftkomponenten längre ut kan skymma sikten av interiören och lyser främst i det mellersta infraröda området vilket är ljus som kan analyseras av James Webb Space Telescope. En buntad, högenergetisk partikelstråle skjuter ut i rymden från det svarta hålets omedelbara närhet vinkelrätt mot skivan.

© T. Müller / MPIA

Ett svart hål därute växer likt en ung stjärna.

 Ett internationellt forskarlag under ledning av astronomer vid Chalmers har upptäckt en kraftfull, roterande, magnetisk vind som får det svarta hålet i mitten av en galax att växa. Virvelvinden, som avslöjats i den närliggande galaxen ESO320-G030 (som finns 120 miljoner ljusår från oss) av teleskopet Alma, pekar på att samma grundläggande processer ligger bakom tillväxten av  stora svarta hål och  stjärnor.

De flesta galaxer (troligen alla), har supermassiva svarta hål i sitt centrum. En fråga som länge gäckat astronomer är hur dessa  tunga objekt växer för att kunna väga lika mycket som miljoner eller till och med miljarder stjärnor (ytterligare om detta spännande fält se morgondagens inlägg).

På jakt efter ledtrådar till detta mysterium valde ett team forskare under ledning av Mark Gorski (Northwestern University, USA, och Chalmers) och Susanne Aalto (Chalmers) att studera den relativt närliggande galaxen ESO320-G030 en mycket aktiv galax där stjärnor bildas i tio gånger snabbare takt än stjärnor i Vintergatan.

– Eftersom den här galaxen lyser mycket starkt i infrarött ljus kan teleskop urskilja detaljer i dess centrala del. Vi ville mäta ljus från molekyler som sveps av vindar utgående från galaxens kärna i hopp om att spåra hur vindarna uppkommer och växer från ett supermassivt svart hål. Genom att använda radioteleskopen som ingår i Almagruppen kunde vi studera ljus som tränger genom de tjocka lager av damm och gas som döljer galaxens centrum, beskriver Susanne Aalto, professor i radioastronomi vid Chalmers.

För att kunna se kompakt gas som finns så  nära det svarta hålet som möjligt studerade forskarna ljus av molekyler från blåsyra (HCN även kallat cyanvätesyra eller vätecyanid). Tack vare Almas förmåga att avbilda små detaljer och spåra rörelser i gasen med hjälp av dopplereffekten upptäcktes mönster som visade att här fanns en roterande, magnetiserad vind.

I andra galaxers centrum kan vindar och jetstrålar trycka bort material från det supermassiva svarta hålet. Här tyder den upptäckta vinden på en annan process som istället matar det svarta hålet och får det att växa.

– Vi kan se hur vindarna här bildar en spiralformad struktur som böljar ut från galaxens centrum. När vi mätte rotation, massa och hastighet för materialet som strömmar utåt, blev vi förvånade över att vi kunde utesluta många förklaringar till var vindens kraft har sitt ursprung, till exempel från stjärnbildning. Istället verkar flödet utåt drivas av inflödet av gas och tycks hållas samman av magnetfält, beskriver Susanne Aalto.

Forskarna tror att den roterande magnetiska vinden indirekt hjälper det svarta hålet att växa.

Materia rör sig i cirklar runt det svarta hålet innan det faller in likt vatten ner i ett avlopp. Materian som närmar sig det svarta hålet samlas därmed i en kaotisk, snurrande skiva. Där kan magnetfält utvecklas och bli starka. Tack vare magnetfälten kan materia då lyftas bort från galaxen och det är detta som skapar den spiralformade vinden. Att förlora materia till vinden saktar också ner den snurrande skivformade vinden. Det i sin tur leder till att materia lättare kan falla in i det svarta hålet och ändras från att ”droppa” in till en strid ström som strömmar in.

För Mark Gorski är detta slående likt ett liknande fenomen då virvlarna av gas och damm  leder till bildandet av nya stjärnor och planeter.

– Det är välkänt att stjärnor i sina tidigaste utvecklingsstadier växer med hjälp av roterande vindar. De accelereras också av magnetfält precis som vinden gör i denna galax. Våra observationer visar att supermassiva svarta hål och små stjärnor kan växa genom liknande processer, men i väldigt olika skalor, beskriver Mark Gorski.

Kan denna upptäckt vara en ledtråd till att lösa gåtan om hur supermassiva svarta hål växer? Framöver vill Mark Gorski, Susanne Aalto och deras kollegor studera fler galaxer där spiralformiga utflöden kan finnas i dess centrum.

Forskningen har presenterats i artikeln "A spectacular galactic scale magnetohydrodynamic powered wind in ESO 320-G030" i tidskriften Astronomy and Astrophysics.

Forskarna som var involverade i studien var Mark Gorski, Susanne Aalto, Sabine König, Clare F. Wethers, Chentao Yang, Sebastien Muller, Kyoko Onishi, Mamiko Sato, Niklas Falstad,, J. G. Mangum, S. T. Linden, F. Combes, S. Martín, M. Imanishi, K. Wada, L. Barcos-Muñoz, F. Stanley, S. García-Burillo, P. P. van der Werf, A. S. Evans, C. Henkel, S. Viti, N. Harada, T. Díaz-Santos, J. S. Gallagher och E. González-Alfonso.

Bild https://www.chalmers.se/ Illustration av hur en virvelvind hjälper det supermassiva svarta hålet i galaxen ESO320-G030 att växa under påverkan av ett  magnetfält. I den här illustrationen domineras galaxens kärna av en tät roterande vind av gas som leder utåt från det dolda supermassiva svarta hålet i galaxens mitt. Källa: M. D. Gorski/Aaron M. Geller, Northwestern University, CIERA, the Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics.

Månen Titans sjöars eroderade kuster

 

Titan är Saturnus största måne och den näst största månen i solsystemet. Titans sjöar innehåller inte vatten utan flytande etan och metan. Sjöarna uppskattas vara upp till 200 meter djupa. I tre sjöar har upptäckts något som antas vara vågor. Vågorna antas vara 1,5 centimeter höga och rör sig med en hastighet på 2,5 kilometer per timme. Den största av sjöarna heter Kraken Mare.

MIT-geologer (Massachusetts Institute of Technology) har studerat Titans kustlinjer och genom datasimuleringar visat att månens kustformationer sannolikt har formats av vågor. Fram tills nu har forskare hittat indirekta och motstridiga tecken på vågaktivitet, baserat på avlägset tagna bilder av Titans yta.

MIT-teamet använde ett annat tillvägagångssätt för att undersöka förekomsten av vågor på Titan, genom att först modellera de sätt på vilka en sjö kan erodera kusterna på jorden. De tillämpade sedan sina datamodeller på Titans sjöar för att avgöra hur strandlinjerna i Cassinis bilder kan ha skapats. Vågor, blev den mest sannolika förklaringen.

Forskarna betonar att deras resultat inte är definitiva; För att bekräfta att det finns vågor i sjöarna på Titan krävs direkta observationer av vågaktiviteten på månens yta.

"Vi kan säga, baserat på våra resultat, att kustlinjerna runt Titans sjöar troligast visar på erosion av vågor ", beskriver Taylor Perron, Cecil and Ida Green Professor of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences vid MIT. "Om vi kunde stå vid kanten av en  av Titans sjöar skulle vi kunna se vågor av flytande metan och etan som slår mot stranden mot kusterna då det stormar. Något som skulle kunna erodera det material som kusten består av.

Perron och hans kollegor, inklusive försteförfattaren Rose Palermo PhD '22, en tidigare doktorand vid MIT-WHOI Joint Program och nuvarande forskningsgeolog vid U.S. Geological Survey, har nyligen publicerat sin studie i Science Advances. Medförfattare inkluderade MIT-forskaren Jason Soderblom; tidigare MIT-postdoktor Sam Birch, nu biträdande professor vid Brown University; Andrew Ashton vid Woods Hole Oceanographic Institution; och Alexander Hayes från Cornell University.

Bild Titans yta. Bildkälla: NASA/JPL; University of Arizona; Universitetet i Idaho

Ytterligare en studie som visar på att mörk materia (kanske) inte finns.

 

I en banbrytande upptäckt utmanas den konventionella förståelsen av kosmologi av forskare vid Case Western Reserve University vilkas nya rön  kan förändra vår uppfattning om kosmos.

Tobias Mistele, en postdoktoral forskare inom Institutionen för astronomi vid Case Western Reserve's College of Arts and Sciences har banat väg för en revolutionerande teknik som använder "gravitationslins"  i studiet av den mörka materian. Han fann att galaxers rotationskurvor förblir platta under miljontals ljusår utan något slut av detta tidsmässigt. 

Forskare har tidigare ansett att galaxernas rotationskurvor måste minska ju längre ut man kikar ut i rymden (ju längre ut ju längre bak i tiden).

 Enligt Newtons gravitationsteori borde stjärnor i ytterkanterna av en galax vara långsammare i sin rörelse runt galaxens centrum på grund av minskad gravitationskraft från centrum av galaxen där flest stjärnor och det svarta hålet finns. Detta kan ej bekräftas av forskare.

Misteles analysresultat  motsäger förväntan ger ett häpnadsväckande avslöjande: inflytandet från det vi kallar mörk materia skulle då sträcka sig långt bortom tidigare uppskattningar och minst en miljon ljusår från Vintergatans centrum.

En sådan långdistanseffekt kan tyda på att mörk materia – som vi förstår den – kanske inte existerar alls (eller visar på något annat).

"Detta fynd utmanar befintliga modeller", beskriver han, och föreslår att det antingen finns kraftigt utbredda halos av mörk materia som kan förklara det eller att vi i grunden måste omvärdera vår förståelse av gravitationsteorin.

Stacy McGaugh, professor och chef för Institutionen för astronomi vid College of Arts and Sciences, beskrev Misteles resultat, som planeras att publiceras i Astrophysical Journal Letters som ett arbete som tänjer på traditionella gränser.

"Implikationerna av denna upptäckt är djupgående", beskriver McGaugh. "Det kan inte bara omdefiniera vår förståelse av mörk materia utan lockar oss också att utforska alternativa gravitationsteorier vilket utmanar själva strukturen i modern astrofysik och vänder upp och ner på Einsteins teori.”

Den primära tekniken som Mistele använde i sin forskning, gravitationslinsning, är ett fenomen som förutspåddes av Einsteins allmänna relativitetsteori. En gravitationslins är ett astronomiskt fenomen som har förmåga att bryta ljuset från en ljuskälla på dess väg till observatören och därmed förstorar ljuskällan.

Som en del av forskningen ritade Mistele upp vad som kallas Tully-Fisher-relationen på ett diagram (se bild ovan och text nedan) för att belysa det empiriska förhållandet mellan den synliga massan av en galax och dess rotationshastighet. "Vi visste att den här relationen fanns", beskriver Mistele. – Men det var inte självklart att relationen skulle hålla i sig ju långt ut från centrum av galaxen och vidare ut i rymden. Hur långt kvarstår det här beteendet? Det är frågan,  det kan inte vara gränslöst."

Mistele beskriver att hans upptäckt understryker nödvändigheten av ytterligare forskning och samarbete inom det vetenskapliga samfundet – och möjligheter att analysera andra slag av data.

McGaugh noterade de herkuliska – men hittills misslyckade – ansträngningarna inom det internationella partikelfysiksamfundet i att upptäcka och identifiera partiklar av mörk materia.

"Antingen är halos av mörk materia mycket större än vi förväntat oss eller så är hela paradigmet fel", beskriver McGaugh. – Teorin som förutspådde detta beteende i förväg är den modifierade gravitationsteorin som Moti Milgrom lade fram som ett alternativ till mörk materia 1983. Så den uppenbara och oundvikligen kontroversiella tolkningen av detta resultat är att mörk materia är en chimär; kanske pekar det på en ny gravitationsteori bortom vad Einstein lärde oss är förklaringen."

Mitt förslag är däremot att undersöka med hjälp av strängteorin. 

Bild https://thedaily.case.edu/ Den primära tekniken som Mistele använde i sin forskning, gravitationslinsning, ett fenomen som förutspåddes i Einsteins allmänna relativitetsteori. Som en del av forskningen ritade Mistele upp vad som kallas Tully-Fisher-relationen på ett diagram för att belysa det empiriska förhållandet mellan den synliga massan i en galax och dess rotationshastighet.

Energiobalans på Saturnus

 

I en banbrytande upptäckt av forskare vid University of Houston har nyligen avslöjats en massiv energiobalans på Saturnus vilket ger ny kunskap över planetvetenskap och evolution och utmanar befintliga klimatmodeller av solsystemets gasjättar. "Det här är första gången som en global energiobalans beroende på säsongsnivå har observerats på en gasjätte", beskriver Liming Li, fysikprofessor vid University of Natural Sciences and Mathematics. Detta ger oss inte bara nya insikter om hur planeter bildas och utvecklas utan det förändrar också hur vi bör tänka på planet- och atmosfärsvetenskap.

Med hjälp av data från Cassini-sonden som besökte Saturnus 2004 har Xinyue Wang, tredjeårsdoktorand vid NSM:s institution för geo- och atmosfärsvetenskaper hittat en betydande och tidigare okänd säsongsmässig energiobalans på Saturnus. 

"Planeter får energi från solen i form av solinstrålning och förlorar energi genom att avge värmestrålning", beskriver Wang. Men Saturnus, liksom de andra gasjättarna har en annan energitillförsel än solinstrålning i form av djup inre värme som påverkar planetens termiska struktur och klimat. Obalansen på Saturnus beror på Saturnus stora excentricitet av omloppsbana som varierar med nästan 20 % från aphelium (den punkt i omloppsbanan som ligger längst bort från solen) till perihelium (den punkt i omloppsbanan som är närmast solen), vilket resulterar i stora säsongsvariationer i absorberad solenergi.

Till skillnad från Saturnus upplever jorden inte en stor säsongsbetonad energiobalans då jorden har en mycket liten excentricitet i sin omloppsbana.

Lis team har nu siktet inställt på de andra gasjättarna, inklusive Uranus, då en sond planeras sändas till gasjättarna under det kommande decenniet.

"Våra data tyder på att dessa planeter också kan ha betydande energiobalanser, särskilt Uranus, som vi förutspår kommer att ha den starkaste obalansen på grund av dess banexcentricitet och mycket höga snedhet", påtalar Wang. – Det vi undersöker nu är att identifiera begränsningar i nuvarande observationer och formulera testbara hypoteser som kan gynna det framtida uppdraget.

Studiens resultat publiceras i den vetenskapliga publikationen Nature Communications.

Förutom forskarna vid UH inkluderar studiens författare forskare från NASA, University of Wisconsin, University of Maryland, University of Central Florida och University of California, Santa Cruz, samt forskare från Frankrike och Spanien.

Bild wikipedia. Saturnus, bild tagen av sonden Cassinis besök över planeten 2004.

Den klotformiga stjärnhopen NGC 2005.

 

Inlägget nedan är en fri beskrivning av en artikel från Europeiska rymdorganisationen (ESA).

 Bilden ovan är tagen från NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble och visar den klotformiga stjärnhopen NGC 2005. NGC 2005 finns cirka 750 ljusår från centrum av Stora Magellanska molnet Vintergatans största satellitgalax som finns cirka 162 000 ljusår från jorden. Klotformiga stjärnhopar är tätt packade grupper av stjärnor som kan rymma tiotusentals till miljontals stjärnor. Deras densitet beror att de är tätt bundna av gravitationen och därför mycket stabila i sina banor. En stabilitet som bidrar till deras existenslängd.

Klotformiga stjärnhopar i sig kan vara miljarder år gamla och består ofta av mycket gamla stjärnor. Att studera klotformiga stjärnhopar är lite som att studera fossil på jorden där fossiler ger insikter om egenskaperna hos forntida växter och djur, belyser klotformiga stjärnhopar egenskaperna hos forntida stjärnors historia. Astronomer anser att de relativt stora galaxer som vi observerar i universum bildats efterhand som mindre galaxer drogs samman genom gravitation och rörelse. Om detta stämmer kan vi förvänta oss att upptäcka bevis för att de äldsta stjärnorna i närliggande galaxer har sitt ursprung i skilda galaktiska miljöer. Då klotformiga stjärnhopar innehåller uråldriga stjärnor och på grund av deras stabilitet är hoparna en bra plats att undersöka för att testa denna hypotes.

NGC 2005 är en sådan klotformig stjärnhop och dess blotta existens ger bevis som stöder teorin om galaxers utveckling via sammanslagningar. Det som gör NGC 2005 lite annorlunda än sin omgivning är det faktum att dess stjärnor har en kemisk sammansättning som skiljer sig från stjärnorna runt omkring i Stora Magellanska molnet. Detta tyder på en sammanslagning med en annan galax någonstans i historien. Den andra galaxen har för länge sedan smält samman och skingrats, men NGC 2005 finns kvar som ett uråldrigt vittne till den sedan länge förflutna sammanslagningen.

Bild ESA/Hubble och NASA, F. Niederhofe.