Studier av is i interstellära gasmolns inre

 

Med hjälp av James Weebteleskopet har ett forskarlag där  Paola Caselli, Barbara Michela Giuliano och Basile Husquinet från MPE (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics) ingick undersökt djupt in i täta molnkärnor och avslöjat detaljer om interstellär is som tidigare inte kunnat observeras. Studien fokuserar på Chamaeleon I-regionen (gasområde i Vintergatans närområde) och för arbetet användes JWST:s NIRCam för att mäta spektroskopiska linjer mot hundratals stjärnor bakom molnet.

För första gången har svaga spektroskopiska egenskaper som kallas "dinglande OH"(syre väte)  upptäckts vilket tyder på att vattenmolekyler finns men att dessa  inte är helt bundna i isen i molnet. Dessa egenskaper kan spåra porösiteten och modifieringen av isiga korn när de utvecklas i molekylmoln till protoplanetära skivor. Upptäckten ökar vår förståelse för iskornens struktur och dess roll i planetbildning.

Studien visar att det i molnet finns potentiellt "fluffiga" iskorn, vilket påverkar den kemi som kan uppstå i dessa regioner och därmed graden av kemisk komplexitet som kan byggas upp. Upptäckten öppnar även för att studera planetbildning eftersom dessa spektrala egenskaper i slutändan gör det möjligt för oss att bygga upp en uppfattning om den rumsliga fördelningen och variationen av isar samt hur de utvecklas på sin färd från molekylmoln, till protoplanetära skivor, till planeter.

Bild https://www.mpe.mpg.de/ Illustration av de olika OH-bindningsscenarierna som observerats i det mörka molnet Cha I(Chamaeleon I-regionen ett tätt molnområde nära oss i Vintergatan) med James Weebtelekopet.

Ballongburet teleskop uppskjutet

 

Vetenskapsmän från Washington University i St. Louis har skjutit upp ett ballongburet teleskop för att avslöja hemligheterna bakom astrofysiska svarta hål och neutronstjärnor.  Ballongen med teleskop går under namnet XL-Calibur och sköts upp från Rymdbolagets rymdcenter Esrange, i Kiruna, den 9 juli.

"Vi är positiva till att kunna mäta polarisationen hos det svarta hålet det röntgenbinära Cyg X-1 för att bestämma och förstå hur materia virvlar runt ett svart hål innan det faller in i detta och frigör enorma mängder energi i processen", beskriver Henric Krawczynski, Wilfred R. och Ann Lee Konneker Distinguished Professor of Physics in Arts & Sciences, som är huvudforskare för XL-Calibur. – Vi hoppas att våra resultat kommer att få en viss inverkan på mätningsresultat av svarta håls spinn.

Esrange, som ligger i ett stort obefolkat område i den nordligaste delen av Sverige, är en idealisk plats för NASA:s vetenskapliga ballongkampanj 2024. "Placeringen av uppskjutningsområdet och de stratosfäriska vindarna möjliggör utmärkta flygförhållanden för ballongen för att samla in många dagars vetenskapliga data när ballongen passerar från Sverige till norra Kanada", säger Andrew Hamilton, tillförordnad chef för NASA:s Balloon Program Office, i ett uttalande.

XL-Calibur är ett samarbete mellan forskare från USA, Japan och Sverige.

Bild https://source.wustl.edu/  Den vetenskaplig ballongen som är  stor som en stadion bar upp XL-Calibur-instrumentet. (Foto: Nicole Rodriguez Cavero)

Vi förstår mer och mer om jordens tidigaste livsformer

 

I många studier har undersökts tecken på tidigt liv som bevarats i  bergarter. Men den här studien väver samman dessa data med genomiska studier av moderna organismer och nya genombrott om den utvecklande kemin i de tidiga haven, atmosfären och kontinenterna.

Studien beskriver hur jordens tidigaste livsformer – mikrober som O2-producerande bakterier och metanproducerande arkéer – formade och formades ur förändringar i haven, kontinenterna och atmosfären.

"Det centrala budskapet är att du inte kan se någon del av dokumentationen isolerat", beskriver Timothy Lyons, en UCR(University of California, Riverside) -framstående professor i biogeokemi och medförfattare till studien. Studien samlade experter inom biologi, geologi, geokemi och genomik och beskriver resan för jordens tidiga livsformer från deras första framträdande till deras uppgång till ekologiskt framträdande. I takt med att mikroberna ökade i antal började de påverka sin omvärld, bland annat genom att börja producera syre via fotosyntesen.

Resultaten inom varje område "överensstämmer ofta på anmärkningsvärda sätt", enligt Christopher Tino, UCR-doktorand under forskningstiden och huvudförfattare till studien som numera är postdoktor vid University of Calgary.

Specifikt visas i studien hur mikrobiellt liv konsumerade, omvandlade och spridde viktiga näringsämnen som innehåller kväve, järn, mangan, svavel och metan över hela jorden. Dessa biologiska händelser utvecklades och jordens yta förändrades dramatiskt tillsammans med och ibland på grund av nytt liv.

Kontinenter växte fram, solen blev ljusare och världen blev rik på syre Eftersom utvecklingen av nya biologiska vägar påverkade dessa grundämnescykler uppkom nya tidiga livsformer vilka påverkade och reagerade på miljön och utvecklade ekologiska fotavtryck i global skala.

Stenar som är miljarder år gamla saknar ofta de synliga fossiler som behövs för att berätta hela historien. Den här studien inkorporerade kemin hos dessa stenar och genomet hos levande släktingar för att bilda en heltäckande bild av forntida livsformer.

"I huvudsak beskriver vi jordens första tid utifrån mikrober som kunde förändra den globala miljön", beskriver Lyons, chef för Alternative Earths Astrobiology Center in the Department of Earth and Planetary Sciences. "Du måste förstå hela bilden för att fullt ut förstå vilka, vad, när och var mikrober utvecklades från att bara existera till att få en betydande effekt på miljön."

Många forskare har antagit att när en livsform väl dök upp på jorden blev den snabbt produktiv. Bara genom att sammanföra årtionden av forskning över discipliner, som Lyons, Tino och deras kollegor gjorde i denna artikel, kan forskare se skillnaden mellan blotta närvaron kontra dominansen av vissa mikrober. Ofta tog det hundratals miljoner år att utvecklas från en första existens till en framträdande plats.

"Mikrober som till en början hankade sig fram i trånga nischer i miljön skulle över tid bli stora populationer", beskriver Lyons.

Men studien besvarar likväl föga överraskande inte den eviga frågan. Var vi kommer från?

Studien kan även vara till hjälp i sökandet efter liv på andra planeter. – Om vi någonsin ska hitta bevis för liv bortom jorden kommer det med stor sannolikhet att baseras på processer och produkter från mikroorganismer, som metan och O2",beskriver Tino.

"Vi motiveras av att tjäna NASA i deras uppdrag", noterade Lyons, "särskilt för att hjälpa till med att förstå hur exoplaneter kan upprätthålla liv."

Studien som nyligen publicerades i tidskriften Nature Reviews Microbiology.  Utöver Lyons och Tino deltog i detta arbete   Gregory P. Fournier, Massachusetts Institute of Technology; Rika E. Anderson, University of Washington och Carleton College; William D. Leavitt, Dartmouth College; Kurt O. Konhauser, University of Alberta; och Eva E. Stüeken, University of Washington och University of St. Andrews.

Bild vikipedia. Stenar längs Saldasjöns strandlinje i Turkiet har med tiden bildats av mikrober som fångar mineraler i vattnet. Dessa mikrobialiter (Mikrobialit är en bentisk sedimentär avlagring gjord av karbonatlera (partikeldiameter < 5 μm) som bildas med förmedling av mikrober. ) var en gång i tiden en viktig del av livet på jorden. (NASA/JPL-Caltech)

Exoplanet LHS 1140 b verkar vara en isvärld där liv kan existera.

 

LHS 1140b är en superjord en exoplanet som kretsar runt en röd dvärgstjärna, 40 ljusår från jorden i stjärnbilden Valfisken.

LHS 1140 b är en av de exoplaneter som ligger närmast vårt solsystem och som finns inom sin sols livsmöjligas zon. Exoplaneter som hittats i denna "Guldlockszon" har temperaturer som kan vara  möjliga för vatten att existera i flytande form. Flytande vatten är ett avgörande element för liv som vi känner det från jorden.

En av de kritiska frågorna om LHS 1140 b var om det är en mini-Neptunus-exoplanet (en liten gasjätte med en kraftig väterik atmosfär) eller en superjord (en stenplanet men större än jorden). Det senare scenariot inkluderade möjligheten att det var en så kallad "Hycean-värld" en planet med ett globalt flytande hav omgivet av en väterik atmosfär som skulle uppvisa en distinkt atmosfärisk signal som kunde observeras med hjälp av det kraftfulla Webb-teleskopet.

  Analyser av data från Webbteleskopet uteslöt starkt mini-Neptunus-scenariot och tyder på att exoplaneten LHS 1140 b är en superjord som till kan ha en kväverik atmosfär. Om detta resultat bekräftas skulle LHS 1140 b vara den första tempererade planeten som visar tecken på en sekundär atmosfär, bildad efter planetens ursprungliga bildning.

Uppskattningar baserade på insamlad data visar att LHS 1140 b är mindre tät än förväntat för en stenplanet med en jordliknande sammansättning vilket tyder på att 10 till 20 % av dess massa kan bestå av vatten. Upptäckten pekar på att LHS 1140 b kan vara en intressant vattenvärld som troligen liknar en snöbolls- eller isplanet med ett potentiellt flytande hav vid den substellära punkten (det område på planetens yta som alltid är vänt mot solsystemets sol i detta fall en sval röd dvärgstjärna) på grund av planetens förväntade synkrona rotation (ungefär som jordens måne är).

"Av alla för närvarande kända tempererade exoplaneter kan LHS 1140 b mycket väl vara vår bästa chans att en dag indirekt bekräfta flytande vatten på ytan på en främmande värld bortom vårt solsystem", beskriver Charles Cadieux, huvudförfattare till artikeln (se nedan). Detta skulle vara en viktig milstolpe i sökandet efter potentiellt beboeliga exoplaneter, beskriver han.

  För att bekräfta närvaron och sammansättningen av LHS 1140 b:s atmosfär och för att kunna skilja mellan scenarierna med snöbollsplanet och havsplanet mitt i prick krävs ytterligare observationer. Forskargruppen har betonat behovet av ytterligare mätningar av passage och förmörkelse med Webb-teleskopet med fokus på en specifik signal som skulle kunna avslöja förekomsten av koldioxid. Denna egenskap är avgörande för att förstå atmosfärens sammansättning och upptäcka potentiella växthusgaser som kan indikera beboeliga förhållanden på denna exoplanet.

Studien har publicerats som artikeln "Transmission Spectroscopy of the Habitable Zone Exoplanet LHS 1140 b with JWST/NIRISS" den 10 juli 2024 i Astrophysical Journal Letters. Huvudförfattare är Charles Cadieux, doktorand vid Trottier Institute for Research on Exoplanets vid Université de Montréal. Andra iREx-forskare som bidragit till denna artikel är René Doyon (UdeM), Étienne Artigau (UdeM), Olivia Lim (UdeM), Michael Radica (UdeM), Salma Salhi (UdeM), Lisa Dang (UdeM), Loïc Albert (UdeM), Louis-Philippe Coulombe (UdeM), Nicolas Cowan (McGill), David Lafrenière (UdeM), Alexandrine L'Heureux (UdeM), Caroline Piaulet-Ghorayeb (UdeM), Björn Benneke (UdeM), Neil Cook (UdeM) och Marylou Fournier-Tondreau (UdeM och University of Oxford). Ytterligare bidragsgivare är baserade vid University of Michigan, Centre national de recherche scientifique (Frankrike), NASA Goddard Space Flight Center, American University, McGill University, McMaster University och University of Toronto. C. Cadieux och UdeM-teamet bekräftar ekonomiskt stöd från den kanadensiska rymdorganisationen för denna studie.

Bild vikipedia. Illustration av LHS 1140b.

En gasplanets doft

 

HD 189733b är en exoplanet 63 ljusår från jorden som kretsar runt stjärnan HD 189733, en K-stjärna av magnitud 7,75. Solsystemet finns i stjärnbilden Räven. HD 189733b som är ökänd för sitt dödliga väder har även en annan bisarr egenskap. Den stinker av ruttna ägg enligt en ny studie från Johns Hopkins University utifrån analys av data från James Webb Space Telescope.

Atmosfären hos HD 189733 b, en gasjätte stor som Jupiter, har spår av svavelväte, en molekyl som inte bara avger en stank utan också ger forskarna nya ledtrådar om hur svavel, en byggsten i planeter, kan påverka yta och atmosfär i gasvärldar.

– Svavelväte är en viktig molekyl som vi inte visste fanns i andra solsystem än vårt. Vi förutspådde att det borde finnas på fler platser då vi vet att det finns i Jupiters atmosfär, men vi hade inte upptäckt det utanför solsystemet, beskriver Guangwei Fu, astrofysiker vid Johns Hopkins vilken ledde forskningen.

 – Vi letar inte efter liv på HD 189733 b för där är alldeles för varmt, men att hitta svavelväte är en språngbräda i att hitta den här molekylen på andra planeter (än i vårt solsystem) och få mer förståelse för hur olika typer av planeter bildas.

Förutom att detektera vätesulfid och mäta det totala svavlet i HD 189733 b:s atmosfär, mätte Fus team exakt de viktigaste källorna till planetens syre och kol – vatten, koldioxid och kolmonoxid.

"Svavel är ett viktigt element för att bygga mer komplexa molekyler som kol, kväve, syre och fosfat - forskare måste studera det mer för att fullt ut förstå hur planeter är konstruerade och består av", beskriver Fu. Planeten är ungefär 13 gånger närmare sin stjärna än Merkurius är solen och det tar bara cirka två jorddagar för den att fullborda en omloppsbana.

Den har en temperatur på 620 C och är ökänd för dåligt väder, inklusive regn bestående av  glas som blåser i sidled i vindar på 5 000 mph. Under de kommande månaderna planerar Fus team att söka efter svavel på fler exoplaneter för att ta reda på hur höga nivåer av den föreningen kan påverka hur nära en stjärna en planet kan ligga för att  ha bildats.

"Vi vill veta hur den här typen av planeter kom så nära sin sol och att förstå deras atmosfäriska sammansättning för att  hjälpa oss att svara på frågan", beskriver Fu.

Forskningen stöddes av NASA genom JWST GO-program. 

Resultatet av studien publiceras nyligen i tidskriften Nature.

Bild vikipedia Konstnärs föreställning av HD 189733b.

Nya rön om hur man undersöker kärnan i neutronstjärnor.

 

En neutronstjärna är ett av flera möjliga slut för en stjärna. När en stjärna i slutet av sin existens stöter bort sina yttre lager inträffar en gravitationskollaps då stjärnans kvarvarande inre delar imploderar(fritt ur vikipedia).

Med en radie på cirka tolv kilometer kan en neutronstjärna likväl ha mer än dubbelt så stor massa som solen. Materian i dem är packad upp till fem gånger så tätt som i en atomkärna; Tillsammans med svarta hål är neutronstjärnor de massivaste objekten i universum. En hypotes är att atomkärnornas byggstenar i neutronstjärnor protoner och neutroner – deformeras till plattor och strängar och då  liknar lasagne eller spagetti vilket forskare kallar för "kärnpasta".

Forskare vid Institutionen för fysik vid TU Darmstadt och Niels Bohr-institutet i Köpenhamn har nu antagit ett nytt teoretiskt angreppssätt för att undersöka tillståndet av kärnmateria i neutronstjärnors inre. De visade att både neutroner och protoner kan "droppa ut" från atomkärnor och stabilisera "kärnpastan". Resultatet av projektet rapporterades i tidskriften "Physical Review Letters".

Darmstadtforskarna under ledning av Achim Schwenk är experter på teoretisk kärnfysik och neutronstjärnor  är ett av deras forskningsintressen. I sitt nuvarande arbete fokuserar de på skorpan (ytan) på dessa extrema objekt. Materien i det yttre höljet är inte lika tät som i dess inre och på ytan finns fortfarande vanliga atomkärnor. När densiteten ökar utvecklas ett överskott av neutroner i atomkärnorna. Neutroner kan sedan "droppa" ut ur kärnorna, ett fenomen som kallas "neutrondropp". Atomkärnor rör sig i en slags neutronsås.

– Vi frågade oss om även protoner kan droppa ut ur kärnorna lika lätt, beskriver Achim Schwenk. Forskarlaget tillsammans med Jonas Keller och Kai Hebeler från TU Darmstadt och Christopher Pethick från Niels Bohr-institutet i Köpenhamn har nu beräknat tillståndet för kärnmateria under förhållandena i neutronstjärnans skorpa. Till skillnad från tidigare beräknade de direkt dess energi som en funktion av protonfraktionen. Dessutom inkluderade de dessas parvisa interaktionerna mellan partiklar i sina beräkningar samt de mellan tre nukleoner.

Metoden lyckades: Forskarna kunde visa att protoner i den inre jordskorpan även de droppar ut ur atomkärnorna. Så "protondropp" existerar faktiskt. Denna fas som består av protoner samexisterar med neutronerna. – Vi kunde även visa att den här fasen gynnar fenomenet nukleär pasta, beskriver Schwenk. Tack vare protonerna som strös in i "såsen" kan nukleonerna  existera i en spaghetti- och lasagneform. Studiens resultat gör det möjligt för teamet att förfina bilden av kärnmateria på ytan av neutronstjärnor.

Bild vikipedia modell av neutronstjärna.

Resterna efter supernovan som registrerades år 1181

 

”En supernova är en exploderande eller exploderad stjärna. Supernovorna hör till de våldsammaste händelserna i universum. I en supernova utvecklas oerhörda mängder energi som lämnar reststjärnan i form av enorma neutrinoflöden, gasmassor och strålning, vilket gör att de under en viss tid kan lysa upp till hundra miljarder gånger starkare än vår sol. Det är lika mycket som lyskraften i en hel galax”. Citat vikipedia.

En mystisk rest från en sällsynt typ av supernova som registrerades år 1181 har för första gången nu analyserats. Det var två vita dvärgstjärnor som kolliderade och skapade en tillfällig "gäststjärna", kallad supernova (SN) 1181, som registrerats i historiska dokument i Japan och på andra håll i Asien under detta år.

Men efter att stjärnans ljus försvagats förblev dess plats och struktur ett mysterium tills ett team lokaliserade  platsen 2021. Nu har forskare genom datormodeller och observationsanalys återskapat strukturen i den rest i form av en kvarvarande vita dvärgstjärna som finns kvar. De upptäckte även att stjärnvindar med hög hastighet verkar ha börjat blåsa från dennas yta under de senaste 20-30 åren.

Upptäckten förbättrar vår förståelse av mångfalden av supernovaexplosioner och belyser fördelarna med tvärvetenskaplig forskning i detta fall historia med modern astronomi för att möjliggöra nya upptäckter om vår galax förflutna. Resterna av denna gäststjärna, som kallas supernovarest (SNR) 1181, visade sig ha skapats när två extremt täta stjärnor av jordens storlek, så kallade vita dvärgar, kolliderade. Det skapade en sällsynt typ av supernova, en så kallad typ Iax-supernova, som lämnade efter sig en enda, ljusstark och snabbt roterande vit dvärg. Med hjälp av observationer av dess position som noterats i  historiska dokumentet kunde moderna astrofysiker slutligen fastställa dess position 2021 i en nebulosa i riktning mot stjärnbilden Cassiopeia.

På grund av dess sällsynta natur och läge i vår galax har SNR 1181 varit föremål för mycket observationsforskning. Resultatet tyder på att SNR 1181 består av två chockregioner, en yttre och en inre. I den nya studien har forskargruppen analyserat de senaste röntgendatan därifrån för att konstruera en teoretisk datormodell för att förklara observationernaoch återskapa den tidigare oförklarade strukturen hos denna supernovarest.

Den största utmaningen var att när två vita dvärgar kolliderar på det här sättet skulle de enligt gängse uppfattning explodera och försvinna helt. Denna sammanslagning lämnade dock efter sig en vit dvärg. Den roterande vita dvärgen förväntades skapa en stjärnvind (en snabbt strömmande ström av partiklar) omedelbart efter att den bildats.

Men det forskarna fann var något annat.  Förvånade nog upptäcktes att enligt deras beräkningar kan vinden först under de senaste 20-30 åren börjat vina. De föreslår därför att detta kan tyda på att den vita dvärgen har börjat brinna igen, möjligen på grund av att en del av det material som kastades ut av explosionen som bevittnades 1181 föll tillbaka till dess yta, vilket över tid ökat den vita dvärgens  densitet och temperatur över en tröskel och återupptaget förbränningen.

För att validera sin datormodell förbereder sig teamet nu för att ytterligare observera SNR 1181 med hjälp av radioteleskopet Very Large Array (VLA) i centrala New Mexico i USA, och Subaruteleskopet i 8,2-metersklassen i den amerikanska delstaten Hawaii.

Studien gjordes av Takatoshi Ko, Hiromasa Suzuki, Kazumi Kashiyama, Hiroyuki Uchida, Takaaki Tanaka, Daichi Tsuna, Kotaro Fujisawa, Aya Bamba och Toshikazu Shigeyama,Namnet på studien är  "A dynamical model for IRAS 00500+6713: the remnant of a type Iax supernova SN 1181 hosting a double degenerate merger product WD J005311," och publicerades i The Astrophysical Journal: July 5, 2024, doi:10.3847/1538-4357/ad4d99.

Bild https://www.u-tokyo.ac.jp

 Illustration av utvecklingen av SNR 1181. Den här illustrationen visar utvecklingen av resterna av SNR 1181, från dess tillkomst när en kol-syrebaserad vit dvärg och en vit dvärg med syre-neon smälte samman, till bildandet av dess två chockregioner. © 2024 T. Ko