Ett uppvaknande av ett svart hål

Bild https://www.esa.int  Ett svart hål och dess omgivning enligt en illustratörs intryck.

Vi vet att supermassiva svarta hål (miljontals gånger solens massa) lurar i mitten av de flesta galaxer (troligen alla). Till skillnad från idén om att svarta hål ständigt "slukar materia" kan dessa gravitationsmonster tillbringa långa perioder i en vilande, inaktiv fas (troligen sammanfallande med att ingen gas eller stjärna finns att sluka just då).

Detta var fallet med det svarta hålet i centrum av SDSS1335+0728, en avlägsen och oansenlig galax 300 miljoner ljusår bort i stjärnbilden Jungfrun. Efter att ha varit inaktiv i årtionden lyste den nyligen upp och börja producera blixtar av röntgenljus. De första tecknen på aktivitet dök upp i slutet av 2019, när galaxen oväntat började lysa starkt och då drog till sig astronomers uppmärksamhet.

Efter att ha studerat fenomenet i flera år kom dessa fram till att de ovanliga förändringarna troligen var resultatet av att det svarta hålet plötsligt "slogs på" – gick in i en aktiv fas. Den ljusa, kompakta, centrala delen av galaxen är nu klassificerad som en aktiv galaxkärna. I februari 2024 började ett team under ledning av Lorena Hernández-García, forskare vid Valparaiso-universitetet i Chile att se skurar av röntgenstrålar komma från det svarta hålet med nästan jämna mellanrum.

– Denna sällsynta händelse ger astronomer möjlighet att observera ett svart håls beteende i realtid med hjälp av röntgenteleskopen XMM-Newton och NASA:s NICER, Chandra och Swift. Ett fenomen från ett svart hål som detta kallas ett kvasiperiodiskt utbrott, eller QPE. QPE:er är kortlivade utbrottshändelser. Och det här är första gången vi har observerat en sådan händelse från ett svart hål som nu verkar vara på väg att vakna upp, beskriver Lorena.

De extraordinära egenskaperna hos hålet med återkommande utbrott fick forskargruppen även att överväga andra möjligheter. En ackretionskiva kan bildas av gas och som fångats in av det svarta hålet i dess närhet och gett uppvaknandet. Effekten behöver inte vara från en sönderfallande stjärna som dras in i hålet vilket sker då och då vid svarta hål. I detta scenario skulle röntgenutbrotten komma från mycket energirika stötar i ackretionsskivan, framprovocerad av ett litet himlaobjekt som numera färdas genom denna och stör materialet som finns i skivan som  kanske i eoner cirklat lugnt på ett säkert avstånd om det svarta hålet.

Så skeendet nu är troligen gas som kommer i närkontakt med det svarta hålet då det blivit rörelser i denna efter att en störning i gravitationen förändrats. Kanske i form av ett utifrån kommande gasmoln utifrån som kraschat in i det som fanns i ackretionsskivan.

Planeten som slukas av sin sol

 Bild https://webbtelescope.org

Stjärnan på  bilden ovan finns i Vintergatan, cirka 12 000 ljusår från jorden.

Fenomenet som sker här kallas ZTF SLRN-2020 och upptäcktes ursprungligen som en blixt av optiskt ljus med hjälp av Zwicky Transient Facility vid Caltechs Palomar-observatorium i San Diego, Kalifornien. Data från NASA:s NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) visade sedan att stjärnan blev ljusare i infrarött ljus ett år innan det optiska ljuset började blinka vilket tyder på att det fanns stoft. Den Inledande undersökningen 2023 resulterade i att  forskare att ansåg att stjärnan var lik vår sol och hade varit i processen att åldras till en röd jätte under hundratusentals år under vilket den långsamt expanderade när den tömde sitt vätebränsle.

NASA:s James Webb Space Telescope har nu istället gett en överraskande vändning i vad som sker istället och nu anses vara den första stjärnan som observerats under det att  den slukar en planet. Istället tyder det på att stjärnan inte sväller alls. Istället visar Webbs observation att planetens omloppsbana krympt över tid vilket långsamt fört planeten närmare sin undergång tills den en dag uppslukas i sin helhet.

– Eftersom det här är en så ny händelse visste vi inte riktigt vad vi skulle förvänta oss när vi bestämde oss för att rikta det här teleskopet mot fenomenet, beskriver Ryan Lau, huvudförfattare till den nya artikeln om detsamma och astronom vid NSF NOIRLab (National Science Foundation National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) i Tucson, Arizona. "Med sitt högupplösta teleskop i infrarött ljus lär vi oss värdefulla informationer om planetsystems slutliga öde, kanske även jordens."

Två instrument ombord på Webb genomförde undersökningen av fenomenet – Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) och NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph). Forskarna kunde komma fram till sin slutsats med hjälp av en tvådelad undersökande metod med dessa.  Teamet  bestod av bland annat Ryan Lau, huvudförfattare  astronom vid NSF NOIRLab (National Science Foundation National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) i Tucson, Arizona och Morgan MacLeod of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics and the Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, Massachusetts. Studien   publicerades nyligen  i The Astrophysical Journal där även övriga teamets namn publiceras.

Väte glöder i en planetbildande skiva i Orionnebulosan

 

Bild wikipedia Orionnebulosan fotograferad i synligt ljus.

De flesta stjärnor bildas i molekylära moln i stjärnhopar där specifika miljöförhållanden existerar i molekylmolnen. Närliggande massiva stjärnor kan också påverkas genom intensiv joniserande strålning vilket kan skapa ett skal av joniserad gas runt en protoplanetär skiva och sända ut unika spektrallinjer av väterekombination.

Nyligen har ett forskarlag under ledning av Ryan Boyden (University of Virginia) använt data från Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMAteleskopet i Chile) till att identifiera de karakteristiska radiorekombinationslinjerna som associeras med joniserade skal som omger protoplanetära skivor runt stjärnor av vårt solsystems storlek i Orionnebulosan vilken finns 1000 ljusår bort.

Ryan Boyden vid University of Virginia och hans forskarlag använde data från tidigare ALMA-observationer för att undersöka den joniserade gasen som omger 200 protoplanetära skivor av stjärnor i Orionnebulosan. Av dessa identifierades 17 proplyder (förkortning för joniserad protoplanetär skiva) genom en särskild väterekombinationslinje.

Även om joniserat väte är vanligt i energirika miljöer som dessa stjärnbildningsområden, sökte Boyden och hans team efter den specifika signatur som frigörs när en fri elektron kombineras med en vätejon och "faller" från vätets 42:a energinivå till dess 41:a energinivå. Fallet, som kallas H41α-rekombinationslinjen, är tydligt igenkännbart inom de 3,1 mm radiovåglängder som ALMA observerar.

"Linjer med längre eller kortare våglängder kommer var och en att berätta något annat om det joniserade gasskalet", förklarar Boyden. – H41α är den linje som vi har turen att redan ha med i våra observationer. Den är perfekt för att ge oss information om temperaturen och densiteten hos den joniserade gasen och den är också en lyckosam matchning till ALMA:s känslighet. ALMA är det mest kraftfulla radioteleskopet i världen, med den bästa vinkelupplösningen, och det är unikt känsligt för att hitta H41α-linjerna vid dessa våglängder. 

Det är vad ALMA är bra på att göra och att göra det effektivt, beskriver Boyden. Förutom H41α-rekombinationslinjerna identifierade Boyden och hans team också intressanta He41α-linjer, vilket indikerar en potentiell skillnad från den förväntade förekomsten av helium i regionen. Boyden erkänner att intilliggande koldioxidutsläpp kan förorena dessa heliumlinjer och han spekulerar i vad nästa steg i den tekniska utvecklingen av radioteleskopinterferometri blir. 

Att förklara universum utan mörk materia och mörk energi

 

Bild https://www.pexels.com/

Dr. Richard Lieu, professor i fysik vid University of Alabama i Huntsville (UAH), har publicerat en artikel i tidskriften Classical and Quantum Gravity med en ny förklaring av universum utan hjälp av mörk energi och mörk materia. 

Förklaringen bygger på att universum är byggt på steg av multipla singulariteter snarare än att BigBang ensam förklarar expansionen av kosmos. Den nya modellen avstår från behovet av mörk materia eller mörk energi som förklaring till universums acceleration och hur strukturer som galaxer genereras.

Forskarens arbete bygger på en tidigare modell som bygger på hypotesen att gravitationen kan existera utan massa och som har fått 41 000 läsningar och många citeringar sedan det publicerades 2024. 

  Den nya modellen  tar hänsyn till både strukturbildning och stabilitet och de viktigaste egenskaperna som observerats för universums expansion i stort genom att använda densitetssingulariteter i tiden som enhetligt påverkar hela rymden för att ersätta teorin om konventionell mörk materia och mörk energi.

Lieus förbättrade modell förlitar sig inte på exotiska fenomen som "negativ massa" eller "negativ densitet" för att fungera. Teorin erbjuder istället uppfattningen att universum expanderar på grund av en serie stegliknande utbrott som kallas "transienta temporala singulariteter" som översvämmar hela kosmos med materia och energi, men som ändå sker så snabbt att de inte kan observeras eftersom dessa singulariteter blinkar in och ut ur existensen.

Jag är helt enig med denna nya teori då jag aldrig tagit till mig tron på existensen av mörk materia och mörk energi utan anser att det antingen är ett fenomen av ej förstådd vanlig energi eller materia eller helt enkelt är ett gravitationsfenomen.

Dolda galaxer

 

Bild https://www.ras.ac.uk  SPIRE Dark Field-bildkartan skapades genom att kombinera de blå (250 mikrometer), gröna (350 mikrometer) och röda (500 mikrometer) SPIRE-kamerakanalerna där varje kanal staplar totalt 141 enskilda bilder ovanpå varandra. Fläckarna på bilden är alla enskilda galaxer eller grupper av galaxer. Bilden är dock så sammanslagen att det nästan inte finns något tomt utrymme för de svagast lysande galaxerna som istället smälter samman i bakgrundsljuset på kartan. Kredit Chris Pearson et al. Typ av licens (CC BY 4.0).

Astronomer har sett tillbaka i tiden för att hitta vad som ser ut som en population av "dolda" galaxer vilka kan vara nyckeln till att avslöja några av universums hemligheter.

Om deras existens bekräftas skulle det "effektivt bryta nuvarande modell av galaxantal och utveckling". De möjliga galaxerna kan också utgöra den saknade pusselbiten för den energiproduktion som ses i universum i infrarött ljus.

Det beror på att det kombinerade ljuset skulle vara tillräckligt för att fylla på universums energibudget till det maximum vi observerar vilket i praktiken skulle stå för all återstående energiemission som ses vid dessa långa våglängder.

Möjliga bevis för galaxerna existens som ses i infrarött ljus upptäcktes på den hittills tagna djupaste tagna bild som någonsin tagits av universum i långa våglängder i infrarött ljus och som innehåller nästan 2 000 avlägsna galaxer.

Dr Chris Pearson, från STFC RAL Space, är huvudförfattare till en av två artiklar som publicerats i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. "Vi använde statistiktekniker för att komma till dessa hittills dolda galaxer, genom att analysera de suddigaste delarna av bilden för att undersöka och modellera den underliggande fördelningen av galaxer som inte var för sig kan urskiljas i den ursprungliga bilden", beskriver Varnish, som genomförde sin forskning som student vid Imperial College London och som var sommarpraktikant vid RAL Space.

– Vad vi fann var möjliga bevis för en helt ny, oupptäckt population av ljussvaga galaxer dolda i bildens suddighet och som var för ljussvaga för att kunna upptäckas med konventionella metoder i den ursprungliga analysen.

"Om resultatet bekräftas kommer den nya population att effektivt knäcka alla våra nuvarande modeller för galaxers antal och utveckling. "Forskarna hoppas nu kunna bekräfta existensen av den potentiella nya grupp av galaxer med hjälp av teleskop som kan se på andra våglängder.

Deras mål är att dechiffrera naturen hos dessa ljussvaga, dammiga objekt och deras betydelse i det stora hela för vårt universums utveckling. Det var Herschel Space Observatory  som fick i uppdrag att observera universum i infrarött ljus, med sitt SPIRE-instrument som upptäckte objekten på de allra längsta våglängderna. 

Liksom alla vetenskapliga instrument i rymden krävde SPIRE-instrumentet också regelbunden service för kalibrering och rutinmässig observation på en enda fläck av universum ungefär en gång i månaden under det fyraåriga uppdraget.

Herschel innehade rekordet för det största infrarödsökande rymdteleskopet någonsin, fram till uppskjutningen av James Webb Space Telescope 2021.

Astrofysikern Dr David Clements vid Imperial College London, som var involverad i forskningen, tillägger: "Dessa resultat visar hur värdefullt Herschel-arkivet är. "Vi får fortfarande fantastiska nya resultat mer än 10 år efter att satelliten slutade fungera.

Så snabbt roterar Uranus

 

Bild wikipedia Uranus, bild tagen av Voyager 2.

Att bestämma en planets inre rotationshastighet är utmanande särskilt för en värld som Uranus, där direkta mätningar inte är möjliga. Ett team lett av Laurent Lamy (från LIRA, Observatoire de Paris-PSL och LAM, Aix-Marseille Universitet i Frankrike) utvecklade en innovativ metod för att spåra rotationshastigheten hos Uranus norrsken: spektakulära ljusuppvisningar som genereras i den övre atmosfären av inflödet av energirika partiklar nära planetens magnetiska poler. Tekniken avslöjade att Uranus fullbordar en full rotation på 17 timmar, 14 minuter och 52 sekunder.  28 sekunder längre än den uppskattning som NASA:s Voyager 2 uppskattade under sin förbiflygning 1986.

"Vår mätning ger inte bara en viktig referens till planetforskare utan löser också ett långvarigt problem: tidigare koordinatsystem baserade på föråldrade rotationsperioder blev snabbt felaktiga, vilket gjorde det omöjligt att spåra Uranus magnetiska poler över tid", förklarar Lamy.

Med det här nya longitudsystemet kan vi nu jämföra norrskensobservationer som sträcker sig över nästan 40 år och planera för det kommande Uranus-uppdraget. Detta genombrott var möjligt tack vare Hubbles långvariga övervakning av Uranus. Under mer än ett decennium har Hubble regelbundet observerat dess ultravioletta norrsken vilket nu gör det möjligt för forskare att producera magnetfältsmodeller som framgångsrikt matchar de magnetiska polernas förändrade position över tid.

Om vi finner att perfekta exoplaneter för liv är helt utan liv är det viktigt

 

Bild https://www.phys.ethz.ch  Illustratörs intryck av Kepler-186f, den först validerade planeten av jordens storlek som kretsar kring en avlägsen stjärna i den livsmöjliga zonen, nämligen det avstånd från en stjärna där flytande vatten kan finnas på planetens yta. Upptäckten av exoplaneten Kepler-186f bekräftade att det finns planeter av jordens storlek i de så kallade guldzonerna runt andra stjärnor. Kepler-186f finns i solsystemet Kepler-186, cirka 500 ljusår från jorden i stjärnbilden Cygnus. (Bild: NASA/Ames/SETI Institute/JPL-Caltech)

Vad händer om sökande efter liv på andra planeter inte ger några träffar? Ett forskarlag under ledning av Dr Daniel Angerhausen, fysiker vid professor Sascha Quanz's Exoplanets and Habitability Group vid ETH Zürich och knuten till SETI-institutet, tog sig an denna fråga genom att överväga vad man kan lära sig om liv i universum om framtida kartläggningar inte upptäcker tecken på liv på andra planeter.

Studien, som publicerats i The Astronomical Journal och genomförts inom ramen av the Swiss National Centre of Competence in Research external pagePlanetS https://nccr-planets.ch/ bygger på en Bayesiansk statistisk analys för att fastställa det minsta antalet exoplaneter som bör observeras för att få meningsfulla svar om frekvensen av potentiellt bebodda världar (se länk i slutet av detta inlägg).

Studiens slutsats är att om forskare skulle undersöka 40 till 80 exoplaneter och hitta ett "perfekt" resultat för liv utan detektion av liv skulle de med säkerhet kunna dra slutsatsen att färre än 20 till 10 procent av liknande planeter hyser liv (om ens någon alls).

I Vintergatan skulle dessa 10 % motsvara cirka 10 miljarder potentiellt bebodda planeter. Den här typen av upptäckter skulle göra det möjligt för forskare att sätta en meningsfull övre gräns för förekomsten av liv i universum, en uppskattning som hittills varit utom räckhåll. Studien kan läsas här