Exoplaneter kan ha atmosfärer av en blandning av väte och vatten.

 

Bilden wikipedia En illustratörs tolkning av K2-18b (blå) som kretsar runt den röda dvärgstjärnan K2-18 som 124 ljusår bort från oss, ytterligare en exoplanet ses i solsystemet exoplaneten K2-18c.

Alla planeter som hittills upptäckts består av gas, is, sten och metall och modeller av hur planeter bildas brukar visa att dessa ämnen inte reagerar kemiskt med varandra. Men vad händer om likväl några av dem gör det frågade sig Planetforskare vid UCLA och Princeton och kom på ett överraskande svar. Under den intensiva hettan och trycket i nybildade planeter reagerar vatten och gas med varandra vilket skapar oväntade blandningar i atmosfärer hos unga planeter av jordens till Neptunus storlek och en "nederbörd" djupt inne i dess atmosfär.

Nya studier visar att den vanligaste typen av planeter i vår galax, de i storlek mellan jordens och Neptunus vanligtvis bildas med en väteatmosfär vilket resulterar i förhållanden där väte och planetens smälta inre interagerar i miljontals till miljarder år. Interaktionen mellan atmosfären och det inre är därför avgörande för att förstå då dessa planeter bildas och utvecklas och vad som kan finnas under dessas atmosfärer.

Men temperaturerna och trycket är så extrema att laboratorieexperiment för att studera det i modeller är nästan omöjligt. Forskarna utnyttjade därför superdatorerna vid UCLA och Princeton för att genomföra kvantmekaniska simuleringar av molekyldynamik för att undersöka hur väte och vatten interagerar över ett brett spektrum av tryck och temperatur i planeter av Neptunusstorlek och mindre.

Arbetet visade implikationer som att planeter utanför vårt solsystem, såsom exoplaneterna K2-18 b och TOI-270 d, vilka har hävdats vara potentiellt beboeliga världar kan ha en väteatmosfär tätare än ett hav av vatten. Den inre temperaturerna hos exoplaneter om de är tillräckligt höga skulle kunna ligga inom den gräns där väte och vatten inte kan separeras, så att dess atmosfär skulle bestå av en enda homogen väte-vattenvätska.

"Om vatten och väte verkligen är väsentligt blandat i en planets inre, kan strukturen och den termiska utvecklingen hos jord- och Neptunusliknande exoplaneter skilja sig väsentligt från de standardmodeller som vanligtvis används inom området", beskriver Hilke Schlichting, medförfattare till studien och professor i earth, planetary, and space sciences vid UCLA.

Å andra sidan kan planeter som är kallare ha ett separat lager berikat med vatten, möjligen i flytande form.

Forskningen ger därmed ytterligare ett fysikinspirerat ramverk för att begränsa sökandet efter planetsystem i vår galax där vattenrika exoplaneter skulle kunna ha vattenhav eller atmosfärer där väte och vatten är helt beblandade.

Tänk er en atmosfär bestående av vatten och väte varunder ett hav flyter på ytan. Det blir en atmosfär betydligt tätare än jordisk dimma. 

Forskningen finansierades av NASA, National Science Foundation, Heising-Simons Foundation och Princeton University. Resultaten publicerades i den vetenskapliga tidskriften The Astrophysical Journal Letters 

I denna galax försvinner vätedimman på ett okänt vis

 

Bild https://webbtelescope.org  Den avlägsna galaxen JADES-GS-z13-1, som observeras bara 330 miljoner år efter big bang, upptäcktes för första gången med hjälp av bilder från NASA:s James Webb Space Telescopes NIRCam (Near-Infrared Camera). Nu har ett internationellt team av astronomer identifierat en kraftfull vätestrålning från denna galax vid en oväntat tidig period i universums historia. JADES-GS-z-13 har en rödförskjutning (z) på 13, vilket är en indikation på dess ålder och avstånd. Källa; NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (cfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Kargile (cfA), Joris Witstok (Cambridge, Köpenhamns universitet), sid. Jakobsen Jakobsen (Köpenhamns universitet), Alyssa Hedning (STScI), Mahdi Zamani Zamani (ESA/Webb), JADES-samarbete.

"Det tidiga universum var höljt i en tjock dimma av neutralt väte", förklarar Roberto Maiolino  teammedlem i studien vid University of Cambridge och University College London. – Det mesta av vätedimman försvann i en process som kallas återjoniseringen och som avslutades ungefär en miljard år efter big bang. 

 GS-z13-1 ses då universum bara var 330 miljoner år gammalt. Här ses förvånansvärt tydligt en avslöjande signatur av Lyman-alfa-strålning som bara kan ses när den omgivande vätedimman har lättat helt. Detta resultat var helt oväntat enligt teorin om hur tidigt galaxer bildades och återjonisering ska ha skett.

Före och under återjoniseringens era blockerade de enorma mängderna av neutral vätedimma som omgav galaxerna allt ultraviolett ljus  de sände ut. Innan tillräckligt många stjärnor hade bildats och kunde jonisera vätgasen kunde inget sådant ljus inklusive Lyman-alfa-strålning ske.

Bekräftelsen av Lyman-alfa-strålning från denna galax har därför stor betydelse för vår förståelse av det tidiga universum utveckling.

"Vi borde inte ha hittat en galax som denna med tanke på vår förförståelse av hur universum har utvecklats", beskriver Kevin Hainline  teammedlem i studien från University of Arizona. "Vi skulle kunna tänka oss att det tidiga universum var höljt i en tjock vätedimma som skulle göra det oerhört svårt att hitta ens kraftfulla stjärnor som tittade fram i denna under denna tid. Men här ser vi ljusstrålen från den här galaxen som tränger igenom slöjan. Denna fascinerande emissionslinje har enorma konsekvenser för kunskapen om hur och när universum återjoniserades.

Källan till Lyman-alfa-strålningen  från denna galax är inte känd, men kan innehålla det första ljuset från den tidigaste generationen av stjärnor som bildades i universum. "Den stora bubblan av joniserat väte som omger den här galaxen kan ha skapats av en märklig population av stjärnor – mycket mer massiva, hetare och ljusstarkare än stjärnor som bildats under senare epoker och möjligen är representativa för den första generationen stjärnor", beskriver Witstok. En kraftfull aktiv galaxkärna, som drivs av ett av de första supermassiva svarta hålen, är en annan möjlighet som teamet kan förklara fenomenet med.

Galaxen är högintressant och unik för undersökning av de första stjärnorna och de första svarta hålen. Gåtan är även varför denna galax finns redan då.

Forskningen publicerades på onsdagen i tidskriften Natur. 

Webbteleskopet har upptäckt att Neptunus har norrsken

 

Neptunus finns i det kalla, mörka, yttre av vårt solsystem (om man räknar bort Kupierbältet med sina småplaneter, asteroider  och kometer i det så kallade Oorts moln) cirka 3 miljarder mil från solen.

Neptunus har bara besökts en gång  av en rymdfarkost. Det var av Voyager 2 den 25 augusti 1989, 03:56:36 UTC 1989 sedan dess har Neptunus endast obserberats av teleskop ex  NASA:s Hubbleteleskop ett av de teleskop tagit bilder på  väder på planeten. Hubble har även upptäckt en tidigare okänd måne i omloppsbana runt planeten 2013. För första gången har NASA:s James Webb Space Telescope nu även fångat ljusstark norrskensaktivitet på Neptunus.

 Norrsken uppstår när energirika partiklar som ofta kommer från solen, fastnar i en planets magnetfält och så småningom träffar den övre atmosfären. Energin som frigörs under dessa kollisioner skapar den karakteristiska glöden i ett norrsken.

Det visade sig att det bara var möjligt att avbilda norrskensaktiviteten på Neptunus med Webbs känslighet i nära infrarött ljus", beskriver huvudförfattaren Henrik Melin verksam vid Northumbria University, som genomförde forskningen vid University of Leicester. "Det var så fantastiskt att inte bara se norrskenet, utan även detaljerna och tydligheten i detta."

Datan erhölls i juni 2023 med hjälp av Webbs Near-Infrared Spectrograph. Förutom bilden av planeten fick astronomer ett spektrum i vilket man kunde karakterisera sammansättningen och mäta temperaturen i planetens övre atmosfär (jonosfären). För första gången fann de en extremt framträdande emissionslinje som betecknar närvaron av trivätekatjonen (H3+), som kan skapas i norrsken. I Webb-bilderna av Neptunus visas det glödande norrskenet som fläckar representerade i cyan.

Observationerna med Webb gjorde också att teamet kunde mäta temperaturen i översta skiktet av Neptunus atmosfär för första gången sedan Voyager 2:s förbiflygning. Resultaten ger en antydan om varför Neptunus norrsken förblev dolda för astronomer så länge.

"Jag blev förvånad – Neptunus övre atmosfär har svalnat med flera hundra grader", säger Melin. "Faktum är att temperaturen 2023 var drygt hälften av den 1989."

Då solens 11 åriga cykel kan vara en anledning till temperaturfallet nu och då men även Neptunus banläge mellan mätningarna 1989 och 2023 kan vara lika stor förklaring varje varv runt solen tar 165 år. Vi ska komma ihåg att Neptunus bana runt solen inte bara är lång i tid utan även är oregelbunden långt  och inte rund.

Genom åren har astronomer förutspått intensiteten hos Neptunus norrsken baserat på temperaturen som uppmätts av Voyager 2. En betydligt kallare temperatur skulle resultera i mycket svagare norrsken. Denna kalla temperatur är troligen anledningen till att Neptunus norrsken har förblivit oupptäckta så länge. Den dramatiska nedkylningen tyder också på att detta område av atmosfären kan förändras kraftigt trots att planeten ligger mer än 30 gånger längre bort från solen jämfört med jorden.

Med dessa nya upptäckter hoppas astronomer nu kunna studera Neptunus med Webb under en hel solcykel, en 11-årig period av aktivitet som drivs av solens magnetfält. Resultaten kan ge insikter om ursprunget till Neptunus bisarra magnetfält och till och med att förklara varför det lutar så mycket. Teamets resultat har publicerats i Nature Astronomy.  

Under denna tid borde varken syre eller galaxer ha funnits. Men det fanns!

 

Bild https://www.almaobservatory.org  Almateleskopet i Chile fann det mest avlägsna syre i tid och rum som upptäckts hittills i universum och det i en galax som egentligen inte borde funnits.

Två olika forskarlag har upptäckt syre i galaxen JADES-GS-z14-0 under 2024. Galaxen är den avlägsnaste galaxen som någonsin upptäckts. Dess ljus tar 13,4 miljarder år att nå oss vilket innebär att  galaxens ljus når oss när universum var mindre än 300 miljoner  gammalt efter BigBang (cirka 2 % av dess nuvarande ålder). ALMA-teleskopet som finns i Chile var teleskopet som upptäckte syre här.

– Det är som att hitta en tonåring där man bara förväntar sig ett barn, beskriver Sander Schouws, doktorand vid Leidenobservatoriet i Nederländerna och huvudförfattare till den holländskt ledda studien. Resultaten visar att galaxen har bildats och mognat mycket snabbt vilket bidrar till den växande mängd bevis för att bildandet av galaxer skedde mycket snabbare och tidigare i universum än man tidigare trott, beskriver han.

 Syredetektionen har också gjort det möjligt för astronomer att göra avståndsmätningar till JADES-GS-z14-0 mycket mer exakta. ALMA-detektionen ger en utomordentligt exakt mätning av galaxens avstånd ner till en osäkerhet på endast 0,005 procent. Denna nivå av precision är jämförbar med att vara  inom 5 cm av en mätning på 1 km tillägger Eleonora Parlanti, doktorand vid Scuola Normale Superiore i Pisa.

– Galaxen upptäcktes ursprungligen med James Webb Space Telescope (JWST). Men det krävdes ALMA för att bekräfta och exakt bestämma dess avstånd, beskriver docent Rychard Bouwens, forskare vid Leidenobservatoriet.

Gergö Popping, astronom vid Europeiska sydobservatoriet (ESO) vid European ALMA Regional Centre, som dock inte deltog i studierna, uttalar: "Jag blev verkligen överraskad av den här tydliga upptäckten av syre i JADES-GS-z14-0. Det tyder på att galaxer  bildades fortare efter Big Bang än man tidigare trott. De här resultaten visar vilken viktig roll ALMA-teleskopet spelar för att reda ut de förhållanden under vilka de första galaxerna i vårt universum bildades.

En tanke slår mig. Kunde verkligen galaxer bildats så fort efter BigBang? De första stjärnorna som bildades var ju enbart bestående av väte och helium. Först efter dessas tid bildades fler grundämnen och denna galax är ju en mängd av stjärnor där syre hittats. Kanske här finns fler grundämnen. Är det mätfel finns galaxen betydligt närmre oss i tid och rum? Kan vi ha  missuppfattat BigBang? Kan denna och flera galaxer funnits redan innan BigBang som vi tror är början? Kan galaxer av denna ålder ha förts in i vårt universum från ett annat universum vid BigBang eller en kort tid efteråt? Vad är det vi missat?

 Resultatet av studien och upptäckten har publicerats i två artiklar. https://www.aanda.org och https://arxiv.org

Mystiskt mönster på en sten på Mars

 

Bild https://science.nasa.gov  Den här bilden som togs av NASA:s Mars Perseverance-rove ,är  en fusionsbearbetad SuperCam Remote Micro Imager (RMI) mosaik och visar en del av stenen St. Pauls Bay"som finns i det nedre Witch Hazel Hill-området i Jezero-kraterkanten på Mars. Bilden visar hundratals märkliga, sfäriskt formade föremål som utgör stenen. Perseverance tog den här bilden den 11 mars 2025, eller sol 1442 – Mars dag 1 442 av Mars 2020-uppdraget. NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP.

Då Marsbilen Perseverance anlände till Broom Point som finns på de nedre sluttningarna av Witch Hazel Hill-området av Jezero-kraterkanten här kunde man se en rad ljusa och mörka band på marken och rovern kunde slipa av och ta prover på en av de ljusa markytorna. Perseverance upptäckte då en mycket märklig textur i en närliggande sten.

Stenen har fått beteckningen "St. Pauls Bay". Den ses bestå av hundratals millimeterstora, mörkgrå sfärer. En del av dessa ses som långsträckta, elliptiska formationer medan andra  är mer kantiga. Vissa sfärer har  små nålhål.

Det är inte första gången märkliga mönster har setts på Mars. År 2004 upptäckte Mars Exploration Rover Opportunity så kallade "marsblåbär" vid Meridiani Planum, och sedan dess har Curiosity-rovern observerat olika mönster i klipporna i Yellowknife Bay vid Gale-kratern. För  några månader sedan upptäckte Perseverance popcornliknande texturer i sedimentära bergarter i Jezero-kraterns inloppskanal, Neretva Vallis.

I vart och ett av dessa fall tolkades mönstren som konkretioner, egenskaper som bildades genom interaktion med grundvatten som cirkulerar genom porutrymmen i berg. Det är dock inte alla sfärer som bildas på detta sätt. På jorden bildades likartade genom snabb nedkylning av smälta stendroppar som bildats vid ex ett vulkanutbrott eller kondensation av sten som förångats av ett meteoritnedslag. Att placera de nu upptäckta objekten i ett geologiskt sammanhang kommer att vara avgörande för att förstå deras ursprung och förstå deras betydelse för den geologiska historien i Jezerokraterkanten och bortom.

Förklaringen hur dessa bildats på Jorden är med all säkerhet densamma på de som hittas på Mars enligt mig.

Inlägget är en sammanfattning av ett blogginläggskrivet av doktorand Alex Jones vid Imperial College London.

Webbteleskopet visar detaljer av ett protostellärt utflöde och en avlägsen spiralgalax.

 

Bild https://webbtelescope.org/ NASA:s James Webb Space Telescope observerade Herbig-Haro 49/50, ett utflöde från en närliggande stjärna som fortfarande håller på att bildas. Bilden ses i högupplöst kort- och mellaninfrarött ljus.

Herbig-Haro-objekt (HH-objekt) är en speciell kategori av små nebulosor (gasmoln) som ses i närmiljön av nya stjärnor. De bildas när vätgas som slungats ut från de unga stjärnorna kolliderar med moln av gas och stoft vid hastigheter av flera hundra kilometer per sekund. Objekten finns alltid närvarande i regioner med aktiv stjärnbildning och flera stycken kan ofta ses runt en enskild stjärna, riktade längs med stjärnans rotationsaxel. Herbig-Haro-objekt är övergående fenomen som varar i som mest ett par tusen år. 

HH 49/50 är ett HH-objekt beläget i Chamaeleon I-molnkomplexet vilket är ett av de närmaste aktiva stjärnbildningsområdena i Vintergatan här sker mycket stjärnbildning av samma slag som vår sol. Tidigare observationer av detta område visar att HH 49/50-utflödet rör sig bort från oss med en hastighet av100-300 kilometer per sekund och ingår i ett än större utflöde.

Webbs NIRCam- och MIRI-observationer av HH 49/50 spårade platsen som glödande vätemolekyler, kolmonoxidmolekyler och energirika stoftkorn, representerade i orange och rött, kom från i form av den protostellära jetstrålen (utflödet) i området. Webbs observationer undersöker detaljer på små rumsliga skalor som kommer att hjälpa astronomer att förstå jetstrålens egenskaper och förstå hur den påverkar det omgivande materialet.

Den bågformade  HH 49/50 liknar vågsvall från en båt på hav och pekar tillbaka på källan till utflödet. Baserat på tidigare observationer misstänker forskare källan är en protostjärna känd som Cederblad 110 IRS4. CED 110 IRS4 finns ungefär 1,5 ljusår från HH 49/50 (utanför det nedre högra hörnet av bilden) och är en klass I-protostjärna. Klass I-protostjärnor är unga objekt (tiotusentals till en miljon år gamla) som ökar i massa.

De har vanligtvis en urskiljbar skiva av material som omger dem vars materia faller ner på protostjärnan. Forskare använde nyligen Webbs NIRCam- och MIRI-observationer för att studera Cederblad 110 IRS4 och få en inventering av den isiga sammansättningen i dess omgivning.

Dessa detaljerade Webb-bilder av bågformerna i HH 49/50 kan peka ut riktningen till strålkällan men alla bågar pekar inte tillbaka i samma riktning. Till exempel finns det en ovanlig bergformation (längst upp till höger om huvudutflödet se bild) som kan vara en slumpmässig överlagring från ett annat utflöde, relaterat till den långsamma processionen från jetkällan. Alternativt kan den här funktionen vara ett resultat av att huvudutflödet bryts isär.

Galaxen som av en ses uppåt längst ut på HH 49/50 är en mycket avlägsen spiralgalax. Den har en framträdande central utbuktning representerad i blått som visar här finns äldre stjärnor. Utbuktningen visar också antydningar av "sidolober", vilket tyder på att detta kan vara en stavspiralgalax. Rödaktiga klumpar i spiralarmarna visar var varmt stoft och grupper av stjärnor håller på att bildas.

Under tusentals år framåt kommer kanten på HH 49/50 att röra sig utåt och så småningom täcka ljuset från den avlägsna galaxen.

En möjligt skrämmande framtid för Vintergatan

 

Bild https://www.ras.ac.uk  De gigantiska radiojetstrålarna  sträcker sig över sex miljoner ljusår från ett enormt supermassivt svart hål i hjärtat av spiralgalaxen J23453268−0449256. Bilden är en avbildning av det indiska radioteleskopen Giant Metrewave RadioTelescope  Kredi Bagchi och Ray et al/Giant Metrewave RadioTelescope. Typ av licens Attribution (CC BY 4.0) 

 En skrämmande inblick i ett potentiellt öde även för Vintergatan har upptäckts. En kosmisk anomali som utmanar vår förståelse av universum.

Ett internationellt team av astronomer under ledning från CHRIST University i Bangalore i Indien har upptäckt att i spiralgalaxen 2MASX J23453268−0449256 som är tre gånger större än Vintergatan och finns nästan en miljard ljusår från jorden finns ett supermassivt svart hål som är miljarder gånger större än solens massa och från vilket utsänds kolossala radiostrålar som sträcker sig sex miljoner ljusår tvärs över.

Galaxen är en av de störst kända spiralgalaxer vi känner till och vänder upp och ner på den konventionella uppfattningen om spiralgalaxers utveckling eftersom sådana kraftfulla jetstrålar från ett svart hål nästan uteslutande finns i elliptiska galaxer inte i spiralgalaxer.

Det betyder också att Vintergatans svarta hål potentiellt skulle kunna skapa liknande energirika jetstrålar i framtiden och med den kosmiska strålningen, (gammastrålning och röntgenstrålning) skulle det ge förödelse i vårt solsystem på grund av ökad strålning och ha potentialen att orsaka ett massutdöende på jorden och övriga eventuella planeter i vintergatan som har liv.

Med hjälp av observationer från rymdteleskopet Hubble och Giant Metrewave Radio Telescope upptäcktes fenomenet. 2MASX J23453268−0449256 har behållit sin lugna natur med väldefinierade spiralarmar, en lysande kärnstång och en ostörd stjärnring fastän den hyser ett av de mest extrema svarta hål som någonsin observerats i en spiralgalax.

Något som gör gåtan än större är att galaxen är omgiven av en stor gloria av het röntgenavgivande gas vilket ger viktiga insikter i galaxens historia. Även om denna halo långsamt svalnar med tiden fungerar det svarta hålets jetstrålar som en kosmisk ugn och förhindrar att nya stjärnor att bildas trots att det finns gott om stjärnbildande material.

Kan det vara så att glorian av het röntgenstrålning från gasen i halon en gång kom ur det svarta hålet eller att den är källan till strålarna av i dag från det svarta hålet? Som jag tolkar det kan strålningen i glorian och röntgenstrålarna från det svarta hålet visa en galax med miljarder planeter och solsystem men där ingen stjärnbildning ingen förnyelse görs att inget liv på de oräkneliga planeter som finns här existerar. En steril galax.

Forskargruppen upptäckte också att J23453268−0449256 innehåller 10 gånger mer mörk materia än Vintergatan vilket ses som avgörande för stabiliteten i dess snabbt snurrande skiva.

Genom att avslöja en aldrig tidigare skådad balans mellan mörk materia, svarta håls aktivitet och galaktisk struktur öppnar studien nya gränser inom astrofysik och kosmologi.

Studien, som har publicerats i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.