Nya rön om månen Titans hav och floder

 

Titan är Saturnus största måne och den näst största månen i solsystemet störst är Jupiters måne Ganymedes. 

Cassini-Huygens 20-åriga uppdrag med att utforska Saturnus och dess planetsystem avslutades för nästan sju år sedan och genererade mängder av data som fortfarande analyseras.

Astronomer från Cornell-university har spelat en viktig roll i analysen och en ny studie av radarexperimentdata visar nya insikter relaterade till sammansättning och aktivitet i de flytande kolvätehaven nära nordpolen på Titan.  Med hjälp av data från flera bistatiska radarinsamlingar kunde en Cornell-ledd forskargrupp separat analysera och uppskatta sammansättningen och ojämnheten av Titans havsytor, något som tidigare analyser av monostatiska radardata inte kunnat visa.

Resultatet kommer att hjälpa till att bana väg för framtida kombinerade undersökningar av Titans hav med hjälp av Cassini-data.

I analysen fann man skillnader i sammansättningen av kolvätehavens ytskikt, beroende på latitud och läge (nära floder och flodmynningar ex). Närmare bestämt visar den sydligaste delen av havet Kraken Mare den högsta dielektriska konstanten – ett mått på ett materials förmåga att reflektera en radiosignal. Till exempel är vatten på jorden mycket reflekterande, med en dielektrisk konstant på cirka 80; Titans etan- och metanhav är cirka 1,7.

Forskarnas resultat visade att alla tre haven på Titan var mestadels lugna vid tidpunkten för förbiflygningarna, med ytvågor som inte var större än 3,3 millimeter höga. En något högre nivå– upp till 5,2 mm – uppmättes dock nära kustområden, flodmynningar och bassänger vilket kan vara indikationer på tidvattenströmmar.

"Vi har också indikationer på att floderna som matar haven består av ren metan", beskriver Poggiali "tills de rinner ut i de öppna flytande haven, som är mer etanrika. Det är som på jorden, när sötvattenfloder rinner ut i och blandas med havens salta vatten.

"Detta stämmer väl överens med meteorologiska modeller för Titan", beskriver Nicholson, "som förutspår att "regnet" som faller från dess himmel sannolikt består av nästan ren metan (likt vårt regn består av nästan bara sötvatten)  med spår av etan och andra kolväten.

Valerio Poggiali, forskningsassistent vid Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science (CCAPS) vid College of Arts and Sciences (A&S), var huvudförfattare till artikeln"Surface Properties of the Seas of Titan as Revealed by Cassini Mission Bistatic Radar Experiments", som publicerades den 16 juli i Nature Communications.

Medförfattare inkluderar Alexander Hayes '03, M.Eng. '04, Jennifer och Albert Sohn Professor och chef för CCAPS; Philip Nicholson, professor vid institutionen för astronomi (A&S); och Daniel Lalich, forskningsassistent vid CCAPS.

Bild wikipedia (engelska). Struktur av Titans isiga skorpa.

Lavarörsgrotta på månen

 

Ett team av internationella forskare under ledning från universitetet i Trento, Italien, har publicerat en forskningsstudie som är en milstolpe i kunskapen om månen. För första gången har forskare visat att det finns en tunnel på månen. En tunnel som antas vara ett tomt lavarör.

 Det har funnits teorier om dessa grottor i över 50 år. Men detta är första gången vi har bevisat existensen av en, förklarar Lorenzo Bruzzone, professor vid universitetet i Trento. Det var 2010, som det  i det då pågående LRO NASA-uppdraget,  instrumentet Miniature Radio-Frequency (Mini-RF)samlade in data som inkluderade upptäckten av en grop i Mare Tranquilitatis. 

Flera år senare har forskarna åter analyserat dessa data med hjälp av de komplexa signalbehandlingstekniker som nyligen har utvecklats och upptäckte då radarreflektioner från gropen som bäst kan förklaras som  en underjordisk grotta.

Upptäckten är det första direkta beviset på ett lavarör under månens yta.

Studien, som delvis finansierat av den italienska rymdorganisationen, involverade forskare från University of Padua och La Venta Geographic Explorations APS vilka bidrog till de geologiska analyserna och modelleringen av den identifierade ledningen.

Forskningsstudien är publicerad som artikel "Radar Evidence of an Accessible Cave Conduit below the Mare Tranquillitatis Pit" (doi: 10.1038/s41550-024-02302-y) är publicerad i Nature Astronomy. Artikeln finns tillgänglig på följande länk  URL:https://www.nature.com/articles/s41550-024-02302-y

Bild vikipedia. En 100 meter djup krater på Månen som kan ge tillgång till ett lavarör.

Väderförhållanden på två planeter där sandstormarna yr

 

Astronomer har skapat den mest detaljerade väderleksrapporten hittills för två avlägsna världar bortom vårt eget solsystem.

I studien avslöjas extrema atmosfäriska förhållandena på dessa exoplaneter som är insvepta i virvlande moln bestående av het sand  med en temperaturer på 950 °C.

Det var med hjälp av James Webb Space Telescope (JWST) i ett samarbete mellan USA, Europa och Kanada som forskarna bestämde sig för att undersöka vädret på ett par bruna dvärgar – himlakroppar som är större än planeter men mindre än stjärnor (så kallade misslyckade stjärnbildningar). 

Dessa bruna dvärgar, som tillsammans kallas WISE 1049AB är de ljusstarkaste och närmsta objekten av sin typ till jorden, De finns ca sex ljusår bort.

Teamet undersökte varje brun dvärgs atmosfär genom att mäta ljusvågorna som sänds ut från deras ytor och som förändras när mer eller mindre molniga områden roterade in i och ut ur Webbs synfält.

Genom att visualisera denna data i ljuskurvor –diagram över hur ljusstyrkan från varje objekt förändras över tid – kunde teamet bygga upp en detaljerad 3D-bild av hur de bruna dvärgarnas väder förändrades under loppet av ett helt varv eller som vi uttrycker det om jorden dag. Mellan fem och sju timmar tog varven.

Teamet kunde också kartlägga hur ljuset från varje objekt varierade beroende på våglängd och det visade närvaron och det komplexa samspelet mellan gaser som vattenånga, metan och kolmonoxid i deras atmosfärer.

Resultatet av studien kan hjälpa astronomer i förståelsen av bruna dvärgar den potentiell felande länken mellan stjärna och planet.

Den nu senaste studien bygger på tidigare studier av bruna dvärgar där det i huvudsak har begränsats till att ta statiska ögonblicksbilder av deras atmosfär på endast en sida av den bruna dvärgen. Detta tillvägagångssätt är begränsat resultaten eftersom bruna dvärgar är kända för att rotera relativt snabbt och deras väder kan variera mycket över tid, beskriver forskare.

Studien, som publiceras i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, leddes av University of Edinburgh i samarbete med forskare från Trinity College Dublin, University of Virginia mfl institut från hela världen.

Bild https://ras.ac.uk  En konstnärs intryck av en av de bruna dvärgarna som ligger närmast jorden i den binära gruppen WISE 1049AB den andra ses svagt, (huvudbilden på bilden), tillsammans med ett intryck av det stormiga vädret på en brun dvärgplanet (infälld).

Kredit ESO-I. Crossfield-N. Risinger Risinger Typ av licens (CC BY 4.0)

Astronomer använder pulsarer för att söka tecken på mörk materia

 

Nu söks objekt som kan innehålla mörk materia med hjälp av regelbundna pulseringar från pulsarer. 

Dessa pulsarer – neutronstjärnor som roterar och sänder ut fyrliknande strålar av radiovågor som sveper genom rymden – används för att identifiera okända dolda objekt.

Pulsarer fick sitt smeknamn eftersom de skickar ut elektromagnetisk strålning av mycket jämnt intervall i tid, allt från millisekunder till sekunder, vilket gör dem till  exakta tidtagare.

"Vetenskapen har utvecklat mycket exakta metoder för att mäta tid, på jorden har vi atomklockor och i rymden har vi pulsarer ", beskriver astronomen bakom studien professor John LoSecco vid University of Notre Dame, som presenterar sina resultat vid veckans National Astronomy Meeting vid University of Hull.

"Även om gravitation har varit känd för att bromsa ljus i mer än ett sekel har det hittills funnits väldigt få tillämpningar." – Vi drar numera nytta av det faktum att jorden rör sig, solen rör sig, pulsaren rör sig och till och den mörka materian rör sig.

En massa av solens storlek kan ge en fördröjning på cirka 10 mikrosekunder av strålningen från en pulsar. Observationerna som professor LoSecco gjorde har en upplösning i storleksordningen nanosekunder vilket är 10 000 gånger mindre.

"Ett av fynden tyder på en förvrängning på cirka 20 procent av solens massa", beskriver professor LoSecco. "Det här objektet skulle kunna vara  mörk materia."

Han bekräftade också att en bieffekt av denna forskning är att den förbättrar pulsarers tidsdataurval. Detta precisionsprov har samlats in för att leta efter bevis på lågfrekvent gravitationsstrålning.

Objekt med mörk materia lägger till "brus" till dessa data, så att identifiera och ta bort dem kommer att rensa proverna från viss variabilitet vilket eliminerar sådant brus under andra sökningar efter gravitationsstrålning.

"Den mörka materiens sanna natur är ett mysterium", beskriver professor LoSecco. "Forskningsprojektet kastar nytt ljus över den mörka materians natur och dess fördelning i Vintergatan och kan också förbättra noggrannheten i precisionspulsardata."

Forskningen fortsätter inom området inga färdiga resultat finns ännu publicerade.

Bild https://ras.ac.uk  Den här bilden visar en konstnärs bild av en neutronstjärna, omgiven av dess starka magnetfält (blått). Den sänder ut en smal stråle av radiovågor (magenta) ovanför sina magnetiska poler. När stjärnans rotation sveper dessa strålar över jorden kan neutronstjärnan detekteras som en radiopulsar.

NASA Goddard/Walt Feimer Typ av licens (CC BY 4.0)

Sammanflätade galaxer (Webbteleskopets 2 års bild).

 

För att hedra Webbteleskopets tvåårsdag observerade teleskopet  och tog  en bild av Arp 142, ett interagerande galaxpar med smeknamnet Pingvinen och Ägget. Resultatet blev bilden ovan som är en kombination av kort- och mellaninfrarött ljus vilket visuellt visar hur galaxerna interagerar – se den svaga uppochnedvända blå U-formationen som omsluter båda galaxerna – tillsammans med en "stjärnglans", av nya stjärnbildningar i Pingvinen.

Teleskopets specialisering på att fånga infrarött ljus något människliga ögon inte kan visar att dessa galaxer som tillsammans kallas Arp 142 är låsta i en långsam kosmisk dans. Webbs observationer, som kombinerar kort- och mellaninfrarött ljus från Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) respektive MIRI (Mid-Infrared Instrument) visar tydligt att de förenas av ett dis representerat i blått som är en blandning av stjärnor och gas.

Deras pågående interaktion började för mellan 25 och 75 miljoner år sedan när pingvinen (individuellt katalogiserad som NGC 2936) och ägget (NGC 2937) genomförde sin första närliggande passage. De kommer att fortsätta att svänga och fullborda flera ytterligare loopar innan de går samman till en enda galax hundratals miljoner in i framtiden.

Innan de närmade sig för första gången hade pingvinen formen av en spiralgalax.  Idag glimmar dess galaktiska centrum i form av ett öga, dess tidigare spiralarmar som en näbb, ett huvud, en ryggrad och en utdragen svans.

Som alla spiralgalaxer är Pingvinen (fd spiralgalax) fortfarande mycket rik på gas och stoft. Galaxernas "dans" drog gravitationellt med sig pingvinens tunnare områden av gas och stoft vilket fick dem att krascha i vågor och bilda stjärnor. Leta efter dessa områden på två ställen i bilden ovan: det som ser ut som en fisk och i "näbben" och "fjädrarna" i "svansen".

Runt dessa nybildade stjärnor finns rökliknande materia som innehåller kolhaltiga molekyler, så kallade Polycykliska aromatiska kolväten, som Webb är exceptionellt bra på att upptäcka. Stoft, som ses som svagare, djupare orange bågar, sveper från näbben till stjärtfjädrarna.

Äggets kompakta form är däremot i stort sett oförändrad historiskt. Som elliptisk galax är den fylld med åldrande stjärnor och innehåller mycket mindre gas och stoft än Pingvinen och här bildas få nya stjärnor.

En orsak till äggets ostörda utseende är att galaxerna har ungefär samma massa (tyngd), vilket är anledningen till att den mindre elliptiska galaxen inte redan har sammansmält eller förvrängts formmässigt av Pingvinen (med stor sannolikhet på grund en slags jämvikt av gravitationen).

Det uppskattas att pingvinen och ägget ligger ungefär 100 000 ljusår från varandra. Vintergatan och vår närmaste granngalax Andromedagalaxen, ligger ungefär 2,5 miljoner ljusår från varandra. Men även dessa kommer att sammanslås och då om ca 4 miljarder år.

Titta nu längst upp till höger för att upptäcka en galax som inte är på den här dansen. Denna galax ligger 100 miljoner ljusår närmare jorden, katalogiserad PGC 1237172. Den är ganska ung och kryllar av nya, blå stjärnor.

Vill du ha ett partytrick till? Se denna Webb bild 

i mellaninfrarött ljus för att se PGC-1237172 praktiskt taget försvinna. Mellaninfrarött ljus fångar till stor del svalare, äldre stjärnor och en otrolig mängd stoft. Eftersom galaxens stjärnpopulation är så ung "försvinner" den i mellaninfrarött ljus.

Ta också en stund för att skanna bakgrunden. Webbs bild svämmar över av avlägsna galaxer. Vissa har spiralformade och ovala former som de som är trådlika genom pingvinens "stjärtfjädrar", medan andra ses utspridda överallt som formlösa prickar. Detta är ett bevis på känsligheten och upplösningen hos teleskopets infraröda instrument. (Jämför Webbs syn med Iakttagelse 2018 som kombinerar infrarött ljus från NASA:s pensionerade rymdteleskop Spitzer och nära-infrarött och synligt ljus från NASA:s rymdteleskop Hubble.) 

Även om dessa observationer bara tog några timmar, avslöjade Webb mycket mer av avlägsna, rödare och dammigare galaxer än tidigare teleskop – ytterligare en anledning att förvänta sig att Webb kommer att fortsätta att utöka vår förståelse av universum.

Vill du veta mer? Ta en rundtur genom bilden, "flyg igenom" den i en visualisering och jämför Webbs bild med rymdteleskopet Hubbles. 

Arp 142 ligger 326 miljoner ljusår från jorden i stjärnbilden Hydran.

Bild https://webbtelescope.org/. Galaxparet ARP142. Den förvrängda spiralgalaxen i mitten, Pingvinen, och den kompakta elliptiska galaxen till vänster, Ägget, är låsta i en aktiv omfamning. En ny bild i kort- och mellaninfrarött ljus från James Webb Space Telescope som togs för att markera dess andra år i drift visar att deras växelverkan markeras av ett svagt uppochnedvänt U-format blått sken. 

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)