I Vintergatans utkant finns uråldriga stjärnor.

 

Maskininlärning har kastat nytt ljus över vår Vintergatas bildningshistoria: i en överraskande upptäckt om utvecklingen av vår galax med hjälp av data från Gaia-uppdraget hittades ett stort antal gamla stjärnor i omloppsbanor som liknar vår sols. De fanns i Vintergatans tunna skiva redan mindre än 1 miljard år efter Big Bang, flera miljarder år tidigare än man tidigare trott. 

Vintergatan har en stor halo i form av en central utbuktning och en stavform bestående av en kraftig och en tunn skiva. De flesta stjärnor befinner sig i den så kallade tunna skivan i Vintergatan och följer en organiserad rotation runt Vintergatans centrum. Medelålders stjärnor som vår 4,6 miljarder år gamla sol finns i den tunna skivan som man allmänt anser började bildas för cirka 8 till 10 miljarder år sedan.

Att förstå hur Vintergatan bildades är ett viktigt mål i galaxarkeologi. För att uppnå detta behövs detaljerade kartor över galaxen som visar stjärnornas ålder, kemiska sammansättning och rörelser. Dessa kartor, kända som kronokemo-kinematiska kartor hjälper till att pussla ihop vår galax historia. Att skapa dessa detaljerade kartor är utmanande eftersom det kräver stora datamängder av stjärnor med känd ålder.

Ett vanligt tillvägagångssätt för att övervinna denna utmaning är att studera mycket metallfattiga stjärnor. Stjärnor av detta slag är gamla (de var de första stjärnorna) vilket ger ett fönster mot den tidiga Vintergatan. Mycket metallfattiga stjärnor är därför kända för att vara gamla eftersom de var bland de första stjärnorna som bildades när universum fortfarande till stor del bestod av väte och helium, innan många av de tyngre grundämnena skapades efter att de första stjärnor (vilka var kortlivade)  exploderade.

Med hjälp av data från Europeiska rymdorganisationen (ESA) Gaia Mission har ett internationellt forskarlag under ledning från  astronomer vid Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) studerat stjärnor i solens närhet, cirka 3200 ljusår från solen. De upptäckte ett förvånansvärt stort antal mycket gamla stjärnor Majoriteten av dessa är äldre än 10 miljarder år, några av dem till och med äldre än 13 miljarder år. Dessa uråldriga stjärnor uppvisar ett brett spektrum av metallsammansättningar en del är mycket metallfattiga (som väntat), medan andra har dubbelt så mycket metallinnehåll som vår mycket yngre sol, vilket tyder på att en snabb metallanrikning ägde rum i den tidiga fasen av Vintergatans utveckling.

– De här uråldriga stjärnorna i skivan tyder på att Vintergatans tunna skiva började bildas mycket tidigare än man tidigare trott, redan efter cirka 4-5 miljarder år efter BigBang, beskriver Samir Nepal vid AIP och huvudförfattare till studien. Studien visar även att vår galax hade en intensiv stjärnbildning under tidiga epoker vilket ledde till mycket snabb anrikning av metaller i de inre regionerna och bildandet av skivans stjärnor. Upptäckten stämmer överens med tidslinjen för hur Vintergatans skivor bildats med de galaxer som observerats av James Webb Space Telescope (JWST) och Atacama Large Millimeter Array (ALMA) Radio Telescope. Det tyder på att kalla skivor kan ha bildats och stabiliseras mycket tidigt i universums historia vilket ger nya insikter om galaxers utveckling.

– Vår studie tyder på att Vintergatans tunna skiva kan ha bildats mycket tidigare än vi trodde och att dess bildning är starkt relaterad till den tidiga kemiska anrikningen från de innersta delarna av vår galax, beskriver Cristina Chiappini. "Kombinationen av data från olika källor och tillämpningen av avancerad maskininlärningsteknik har gjort det möjligt för oss att öka antalet stjärnor med högkvalitativa stjärnparametrar, ett viktigt steg för att leda vårt team till nya kunskaper."

Resultaten möjliggjordes från den tredje publiceringen av data från Gaia-uppdraget (ett uppdrag där universums stjärnor kartläggs). Teamet analyserade stjärnparametrarna för mer än 800 000 stjärnor med hjälp av ny maskininlärningsmetod som kombinerar information från olika typer av data för att ge förbättrade stjärnparametrar med hög precision. Dessa exakta mätningar inkluderar gravitation, temperatur, metallinnehåll, avstånd, kinematik och stjärnornas ålder. I framtiden kommer en liknande maskininlärningsteknik att användas för att analysera miljontals spektra, som samlats in av kartläggningen 4MIDABLE-LR med 4-meters Multi-Object Spectroscopic Telescope (4MOST), med start 2025. 

Bild wikipedia. Illustration av Vintergatan som visar dess armar och solens placering (originalbilden från NASA).

Astronomer har visat hur organiska makromolekyler bildas

 

Ett internationellt forskarlag under ledning från universitetet i Bern har använt observationsbaserad datormodellering för att hitta en förklaring till hur makromolekyler på kort tid kan bildas i skivor av gas och stoft runt unga stjärnor.

 Organiska makromolekyler betraktas som livets byggstenar då de är av avgörande betydelse för den för livet viktiga sammansättningen av kol och kväve i jorden. Planetforskare har länge antagit att de organiska makromolekyler som gör jorden lämplig för liv kommer från så kallade kondriter. Steniga byggstenar som jorden bildades av för cirka 4,6 miljarder år sedan och som vi  kallar meteoriter.

Kondriter bildas i de tidiga stadierna genom att stoft och små partiklar ansamlas i den protoplanetära skiva som bildas runt en ung stjärna. Men hittills har frågan varit hur makromolekyler bildades i denna sten.

Forskare under ledning av Niels Ligterink presenterar nu en förklaring till detta i en studie som just publicerats i Nature Astronomy. Ligterink, studiens huvudförfattare, arbetade vid avdelningen för rymdforskning och planetvetenskap vid universitetet i Bern fram till slutet av juni 2024 och är nu biträdande professor vid det tekniska universitetet i Delft."Makromolekylär materia som sådan är förklaringen till jordens sammansättning av kol och kväve och skapade förutsättningar för liv", förklarar Ligterink. Än så länge har det dock inte varit klarlagt var i rymden denna makromolekylära materia bildas.

I den aktuella studien har forskargruppen, som satts samman av Ligterink, kombinerat två redan kända fenomen i sin modell. Det första är fenomenet att det i stoftskivan som kretsar kring en ung stjärna finns områden där stoft och is ansamlas. I en sådan stoft- eller isfälla förblir det isiga stoftet inte stillastående, utan är i rörelse och viktiga mekanismer för bildandet av så kallade planetesimaler, föregångare till byggstenar för planeter, äger rum.

Det andra fenomenet handlar om kraftig bestrålning, till exempel av kosmisk strålning från stjärnor och av enkla isblandningar. Laboratorieforskning har visat att mycket komplexa molekyler med hundratals atomer i storlek kan bildas genom bestrålning. Dessa molekyler innehåller mestadels kolatomer och kan jämföras med svart sot och grafen.

Om det som forskarna antog fanns stoftfällor som också utsattes för intensivt stjärnljus, skulle organiska makromolekyler mycket väl kunna bildas där. För att testa sin hypotes ställde forskarna upp en modell som gjorde det möjligt  att beräkna olika förhållanden. Modellen visade att under rätt förhållanden är det möjligt att det bildas makromolekyler på bara några decennier. – Vi hade naturligtvis förväntat oss det här resultatet, men det var en trevlig överraskning att det var så uppenbart, beskriver forskningsledaren Ligterink. – Jag hoppas att forskningen kommer att ägna mer uppmärksamhet åt hur tung strålning påverkar komplexa kemiska processer. De flesta forskare fokuserar på relativt små organiska molekyler med några tiotal atomer i storlek, medan kondriter, byggstenarna för planeter, mest innehåller stora makromolekyler.

Studien publicerades som The rapid formation of macromolecules in irradiated ice of protoplanetary disk dust traps. By: Niels F.W. Ligterink, Paola Pinilla, Nienke van der Marel, Jeroen Terwisscha van Scheltinga, Alice S. Booth, Conel M. O’D. Alexander, My E.I. Riebe. In: Nature Astronomy.

Bild wikipedia på en makromolekyl (vilket betyder en stor molekyl) i detta fall Molekylstrukturen av hemoglobin. Ett protein som finns i röda blodkroppar hos människan och många djur.

Forskning om warpdrift och dess möjlighet i framtiden

 

Fritt citerat: ”Warpdriften ger rymdskepp förmågan att färdas snabbare än ljuset. Warpdrift startar genom att materia och antimateria kolliderar i warpkärnan). Det leder till att enorma mängder energi uppstår som leds ut i warpgondolerna där den används till att skapa det warpfält som ger möjlighet att färdas i överljusfart. Warpfältet kontraherar tids och rum framför skeppet och expanderar det bakom sig. När man tryckt ihop tid och rum blir sträckan man ska förflytta sig mycket kortare och kan med liten ansträngning ske. Detta sker inte en gång utan kontinuerligt under warpfärden”. Slut citat från https://www.startrekdb.se.

Fysiker har utforskat den teoretiska möjligheten av "warp drives" i årtionden, och i en ny studie publicerad i Open Journal of Astrophysics beskrivs vad som kan ske under en sådan genom att simulera de gravitationsvågor som en sådan enhet skulle kunna avge om det kraschade.

Den nya forskningen är resultatet av ett samarbete mellan specialister inom gravitationsfysik vid Queen Mary University of London, University of Potsdam, Max Planck-institutet (MPI) för gravitationsfysik i Potsdam och Cardiff University. Även om den inte påstår sig ha knäckt warp drive-koden, utforskar den de teoretiska konsekvenserna av en warp drive "containment failure" med hjälp av numeriska simuleringar.

Dr Katy Clough vid Queen Mary University of London, studiens huvudförfattare, beskriver: "Även om warpdrift är ren teori har den en väldefinierad beskrivning i Einsteins allmänna relativitetsteori och därför tillåter numeriska simuleringar oss att utforska vilken inverkan den kan ha på rum och tid i form av gravitationsvågor."

Medförfattare Dr Sebastian Khan, från Cardiff University's School of Physics and Astronomy, tillägger: " Det var Miguel Alcubierre som skapade den första warpdrive lösningen under sin doktorsexamen vid Cardiff University 1994. Så det är bara naturligt att vi fortsätter traditionen med warp drive-forskning i gravitationsvågsastronomins era. 

Resultaten är fascinerande. Det kollapsande warp-drivet genererar en distinkt skur av gravitationsvågor, en krusning i rumtiden som kan upptäckas av gravitationsvågsdetektorer vilka vanligtvis riktas mot kollisioner mellan svarta hål och neutronstjärnor. Till skillnad från signalen från sammansmältande astrofysikaliska objekt, skulle  signalen från kollapsade Warp drive bli en kort, högfrekvent störning och därför skulle strömdetektorer av i dag inte kunna fånga upp den. Framtida instrument med högre frekvens kan dock komma att göra det och även om inga sådana instrument ännu har finansierats finns tekniken för att bygga dem. Detta ökar möjligheten att använda dessa signaler i framtiden för att söka efter bevis på warp drive-teknik.

Dr Khan varnar: "I vår studie är den ursprungliga formen av rumtid den warpbubbla som Alcubierre beskriver. Även om vi kunde visa att en observerbar signal i princip skulle kunna hittas av framtida detektorer är detta inte tillräckligt för att driva instrumentutvecklingen med tanke på arbetets spekulativa karaktär och kostnad.

Studien fördjupar sig också i energidynamiken i den kollapsande warpdriften. Processen avger en våg av negativ energimateria, följt av omväxlande positiva och negativa vågor. Denna komplexa rörelse resulterar i en nettoökning av den totala energin i systemet och skulle i princip kunna ge ytterligare en sigmal för kollapsen om de utgående vågorna interagerade med normal materia.

Forskningen tänjer på gränserna för vår förståelse av exotiska rumtider och gravitationsvågor. Professor Dietrich kommenterar: "För mig är den viktigaste aspekten av studien nyheten att noggrant modellera dynamiken i negativa energi-rum-tider och möjligheten att utvidga tekniker till fysiska situationer som kan hjälpa oss att bättre förstå utvecklingen och ursprunget till vårt universum eller undvikandet av singulariteter i mitten av svarta hål."

Han tillägger även: "Det är en påminnelse om att teoretiska idéer kan få oss att utforska universum på nya sätt. Även om vi är skeptiska till sannolikheten att använda dessa praktiskt tycker jag att det är tillräckligt intressant att att titta på!

Forskarna planerar att undersöka hur signalen förändras med olika warp drive-modeller och utforska kollapsen av bubblor som färdas i hastigheter som överstiger ljusets hastighet. Warphastighet må vara långt borta men jakten på att förstå universums hemligheter fortsätter.

Bild https://www.qmul.ac.uk/media/news AI-intryck av en kollaps av en varpbubbla: Katy Clough med AI-verktyget pixlr.com

JAXA studsar laserstråle mellan månens yta och månens omloppsbana

 

NASA:s LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) har två gånger sänt en laserpuls till en retroreflektor i cookiestorlek ombord på JAXA:s (Japan Aerospace Exploration Agency) SLIM-landare som finns på månen och tagit emot en retursignal från denna.

När LRO passerade 70 km ovanför SLIM (Smart Lander for Investigating Moon) under två på varandra följande omloppsbanor den 24 maj 2024, pingade landarens laserhöjdmätarinstrument likt den hade gjort åtta gånger tidigare. Men vid dessa två ping  studsade signalen tillbaka till LRO:s detektor.

Detta var en viktig prestation för NASA eftersom enheten inte är i en optimal position för detta. Retroreflektorer är vanligtvis fästa på toppen av landare vilket ger LRO ett 120-graders vinkelområde att sikta mot när man skickar laserpulser till den ungefärliga platsen för en retroreflektor. SLIM-landaren hade dock landat på månytan med toppen vänd åt sidan vilket begränsade LRO:s räckvidd.

För att öka chanserna att nå  målet samarbetade LRO-teamet med JAXA för att bestämma den exakta platsen och orienteringen för SLIM. Sedan förutspådde NASA:s ingenjörer när LRO:s omloppsbana skulle föra den till koordinater som skulle ge den bästa chansen att nå SLIM:s retroreflektor med laserstrålar.

Första gången en laserstråle sändes från LRO till en NASA-retroreflektor och tillbaka var den 12 december 2023, när  LRO pingade ISRO:s (Indian Space Research Organisation) Vikram-landare. LRO har sedan dess utbytt laserpingar med Vikram ytterligare tre gånger.

NASA:s retroreflektor har åtta hörnkubprismor av kvarts i en kupolformad aluminiumram som är 2 tum bred. Utan att det krävs någon ström eller underhåll kan reflektorer på månens yta fungera i årtionden och därmed ge tillförlitliga fyrar vid   framtida uppdrag. Retroreflektorer kan till exempel vägleda Artemis-astronauter till ytan i mörker eller markera platserna för rymdfarkoster som redan finns på ytan för att hjälpa astronauter och obemannade rymdfarkoster att landa nära dessa.

LRO:s laserhöjdmätare är det enda laserinstrumentet i omloppsbana runt månen för tillfället och utformades för att kartlägga månens topografi för att förbereda framtida  uppdrag till månen.

Bild på NASA:s Laser Retroreflector Array installerades på JAXA:s SLIM-landare före uppskjutning.

JAXA JAXA

Hubbleteleskopet visar en bild på en perfekt spiralgalax.

Bilden ovan är från NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble. Den visar detaljerad ögonblicksbild av spiralgalaxen NGC 3430 som finns 100 miljoner ljusår från jorden i stjärnbilden Lilla lejonet. Flera andra galaxer, som ligger relativt nära den här, ligger precis utanför ramen för bilden. Den ena är tillräckligt nära för att genom gravitation interaktion driva på en stjärnbildning i NGC 3430 vilket kan ses på bilden som ljusblå fläckar utanför galaxens huvudsakliga spiralstruktur. Ovan exempel på en galaktisk spiral har en ljus kärna från vilken en vindsnurra av armar verkar stråla utåt. Mörka stoftstråk och ljusa stjärnbildningsområden hjälper till att definiera dessa spiralarmar.

NGC 3430:s distinkta form kan vara en av anledningarna till att astronomen Edwin Hubble använde galaxen för att definiera sin klassificering av galaxer. 

Edwin Hubble ( 1889-1953) är astronomenen som Hubbleteleskopet namngetts efter. Hubble skrev 1926 en artikel som beskrev klassificeringen av cirka fyrahundra galaxer efter deras utseende – som antingen spiralgalaxer, stavspiralgalaxer, linsformade, elliptiska eller oregelbundna. Denna enkla klassificering visade sig bli extremt inflytelserik. Den  använder astronomer än i dag. NGC 3430 är en spiralgalax som saknar en central stav med öppna, tydligt definierade armar.

Bild ovan från NASA/ESA:s som visar rymdteleskop Hubble bild på den majestätiska spiralgalaxen NGC 3430. ESA/Hubble och NASA, C. Kilpatrick 

Keplers banbrytande solfläcksskisser från 1607 löser i vår tid solmysterier

 

Med hjälp av modern teknik har forskare på nytt undersökt Johannes Keplers halvt bortglömda solfläcksteckningar och då avslöjat tidigare dold information om solcyklerna före det stora solminimumet. Genom att återskapa förhållandena då Kepler nedtecknande sina observationer och tillämpat Spörers lag (Driften av den genomsnittliga latituden för solfläckar mot solens ekvator under den 11-åriga solfläckscykeln) i ljuset av modern statistik har en internationell samarbetsgrupp under ledning  från Nagoya University i Japan mätt positionen för Keplers solfläcksgrupp och placerat den i slutet av solcykeln före den cykel som Thomas Harriot, Galileo Galilei och andra tidiga teleskopobservatörer nedtecknade.

I maj 1607 registrerade Kepler vad han felaktigt tolkade som en passage av Merkurius över solen vilket senare visade sig vara en solfläcksgrupp. Solfläckar är områden på solens yta som som är mörkare på grund av intensiv magnetisk aktivitet. Deras förekomst, frekvens och latitudfördelningar uppträder i cykler som påverkar solstrålning och rymdväder.

Hisashi Hayakawa, huvudförfattare till studien menar att forskarna har underskattat betydelsen av Keplers fynd.

– Eftersom den här registreringen inte var en observation gjord med teleskop har den bara diskuterats i vetenskapshistoriska sammanhang och har inte använts för kvantitativa analyser av solcyklerna på 1600-talet, beskriver han. Observationen är den äldsta  av solfläckar som någonsin gjorts med en instrumentell observation och projektion.

Hayakawa beskriver vidare: "Vi insåg att den här solfläcksritningen borde kunna berätta för oss var solfläcken befann sig och indikera solcykelfasen 1607 när vi lyckades begränsa observationspunkten och tiden och rekonstruera lutningen på de heliografiska koordinaterna – det vill säga positionerna för egenskaper på solens yta vid den tidpunkten.

"Observationerna är viktiga eftersom 1600-talet var en avgörande period i solcykeln, inte bara som den tid då solfläcksobservationer precis hade börjat utan också som den tid då solaktiviteten övergick från normala solcykler till Maunderminimum (det långvariga solfläcksminimumet", var en period under 1645 till 1715 då solfläckar var mycket sällsynta) ett unikt stort solminimum i observationshistorien. 

Det är inte helt klarlagt hur mönstret för solaktiviteten skiftade från regelbundna cykler till ett minimum annat än att övergången skedde gradvis.

Keplers solfläcksdata är en viktig observationsreferens. Genom att analysera Keplers register och jämföra dessa med samtida data och modern statistik gjorde forskarna flera viktiga upptäckter:

Efter att ha "deprojectat" Keplers solfläcksritningar och kompenserat för solens positionsvinkel, placerade de Keplers solfläcksgrupp på en låg heliografisk latitud.

 För det andra, genom att tillämpa Spörers lag och den kunskap som erhållits från modern solfläcksstatistik, identifierade de solfläcksgruppen som troligen belägen i slutet av solcykeln snarare än i början av solcykeln .

För det tredje står deras resultat i kontrast till senare teleskopobservationer, som visar solfläckar på högre breddgrader på solen. "Detta visar en typisk övergång från den föregående solcykeln till nästa cykel, i enlighet med Spörers lag", beskriver Thomas Teague, observatör för WDC SILSO https://www.sidc.be/SILSO/homeoch medlem av teamet, och hänvisar till den tyske astronomen Gustav Spörer som beskrev en migration av solfläckar från högre till lägre breddgrader under en solcykel. 

För det fjärde gör detta fynd det möjligt för författarna att approximera övergången mellan den föregående solcykeln  och nästa solcykel  mellan 1607 och 1610, genom att begränsa de möjliga datumen när den inträffade. På grundval av detta föreslog Keplers data en regelbunden varaktighet för solcykeln vilket utmanar alternativa rekonstruktioner som föreslår en extremt lång cykel under denna period.

Bild wikipedia. Porträtt från 1610 föreställande Johannes Kepler.

Fynd av koldioxid på månen Ariel ger misstanke om hav under dess isbelagda yta.

 

Ariel består av ungefär 70 % is (koldioxidis och möjligen metanis) och 30 % silikater månen ser ut att ha färsk frost på vissa platser.

Uranus måne Ariel täcke av koldioxidis finns speciellt på  sidan som alltid är vänd bort från månens bana runt Uranus.

Forskare har arbetat fram teorier om vad det är något som ger koldioxid till Ariels yta. Vissa anser att interaktion mellan månens yta och laddade partiklar i Uranus magnetosfär skapar koldioxiden genom en process som kallas radiolys när molekyler bryts ner av joniserande strålning.

Men i en ny studie som publicerades den 24 juli 2024 i The Astrophysical Journal Letters tippar vågskålen till förmån för en alternativ teori - att koldioxid  mfl molekyler kommer från Ariels inre eventuellt från ett flytande hav under  ytan.

Genom att använda NASA:s James Webb Space Telescope för att samla in kemiskt spektra av vad månen innehåller och sedan jämföra resultatet med spektra av simulerade kemiska blandningar i laboratoriemiljö fann en forskargrupp ledd av Richard Cartwright vid Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) i Laurel, Maryland att Ariel har några av de mest koldioxidrika avlagringarna i hela solsystemet. Bland resultatet fanns ett annat förbryllande fynd: de första tydliga signalerna av kolmonoxid.

Man måste komma ner till ca -240 Celcius innan kolmonoxid är stabilt, beskriver Cartwright.

Men radiolys kan fortfarande vara ansvarigt för en del av  kolmonoxiden, tillade han. Laboratorieexperiment har visat att strålningsbombardemang i is av vatten blandat med kolrikt material kan producera både koldioxid och kolmonoxid. Således kan radiolys vara  källan till påfyllning och förklara det rika överflödet av båda molekylerna på Ariels bakre halvklot (det som alltid är vänt bort från Uranus).

Men många frågor kvarstår om Uranus magnetosfär ex omfattningen av dess växelverkan med Uranus övriga månar. Till och med under Voyager 2:s förbiflygning av Uranus för nästan 40 år sedan misstänkte forskare att sådana interaktioner dock kunde vara begränsade eftersom Uranus magnetfältsaxel och omloppsplanet för dess månar är förskjutna från varandra med cirka 58 grader.

Istället kan huvuddelen av koldioxiden komma från kemiska processer som skett (eller fortfarande pågår) i ett vattenhav under Ariels isiga yta, som träcker upp genom sprickor i månens isiga yttre eller möjligen till och med genom eruptiva plymer.

Dessutom antyder de nya spektrala observationerna att Ariels yta också kan hysa karbonatmineraler - salter som bara kan uppstå genom interaktion mellan flytande vatten och sten.

Bild wikipedia. Närbild på kanjoner nära Ariels gräns mellan den belysta och den skuggade delen av månen som alltid har samma sida vänd mot Uranus.