Fruset vatten hittat i protoplanetär skiva runt stjärnan HD 181327

Bild https://webbtelescope.org/ illustratörs bild av skivan och stjärnan HD 181327

Forskare bekräftade närvaron av vattenis i en dammig protoplanetär skiva runt en solliknande stjärna 155 ljusår bort med hjälp av detaljerade data av spektra taget av  NASA:s James Webb Space Telescope. (Termen vattenis specificerar dess sammansättning, eftersom många andra frusna molekyler också observeras i rymden, till exempel koldioxidis eller "torris".) 2008 antydde data från NASA:s numera pensionerade rymdteleskop Spitzer att det kunde finnas fruset vatten i detta solsystem.

– Webb upptäckte inte bara vattenis utan även kristallin vattenis något som också finns på platser som i Saturnus ringar och isiga objekt i Kuiperbältet", beskriver Chen Xie, huvudförfattare till den nya artikeln och biträdande forskare vid Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland. Kristallin vattenis är fruset vatten av den form vatten vanligtvis har på Jorden. 

Allt fruset vatten som Webb upptäckt är blandat med fina dammpartiklar som finns i den protoplanetära skivan  som omger stjärnan. Resultatet av studien har publicerats i tidskriften Natur 

Vattenis har inte spridits inte jämnt i skivan. Majoriteten finns där det är kallast och längst bort från stjärnan. "Den yttre delen av fragmentskivan består av över 20 procent vattenis", beskriver Chen Xie, huvudförfattare av den nya artikeln och vilken är biträdande forskare vid Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland.

Astronomer har väntat på dessa definitiva data i årtionden. – När jag var doktorand för 25 år sedan sa min handledare till mig att det borde finnas is i protoplanetära skivor, men före Webbtelekopet hade vi inte tillräckligt känsliga instrument för att göra skarpa observationer, beskriver Christine Chen, medförfattare och astronom vid Space Telescope Science Institute i Baltimore. – Det som är mest slående är att dessa data liknar teleskopets senaste iakttagelser av objekt i Kuiperbältet i vårt eget solsystem."

Vattenis är en viktig ingrediens i skivor runt unga stjärnor. Det har stor inverkan på bildandet av jätteplaneter och kan komma från små kroppar som kometer och asteroider till fullt bildade stenplaneter. Nu när forskare har upptäckt vattenis med Webb har de öppnat dörren för alla forskare att studera hur dessa processer utspelar sig  i andra solsystem.

Stjärnan, som har beteckningen HD 181327, är betydligt yngre än vår sol. Den uppskattas vara 23 miljoner år gammal, jämfört med solens 4,6 miljarder år. Stjärnan är något mer massiv än solen och hetare.

Webbs observationer bekräftar att det finns ett stort gap mellan stjärnan och dess skiva – ett stort område som är fritt från stoft. Längre ut liknar dess protoplanetära skiva Kuiperbältet i vårt solsystem, där dvärgplaneter, kometer och andra bitar av is och sten finns (och ibland kolliderar). För miljarder år sedan liknade troligen den här stjärnans fragmentskiva vårt Kuiperbälte.

"HD 181327 är ett mycket aktivt system", beskriver Chen. "Det sker regelbundna, pågående kollisioner i  skivan. När de isiga kropparna kolliderar uppstår små partiklar av dammig vattenis av en storlek som gör att Webbteleskopet ska kunna upptäcka dem.

Forskarna observerade HS-181327 med Webbs NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), som är superkänslig för extremt svaga dammpartiklar som bara kan detekteras från rymden.

Varför är vissa stenar på månen magnetiska?

 

Bilden wikipedia visar Regnets hav på månen.

Forskare har under en längre tid undrat vart månens magnetism tog vägen. Svaret har sökts ända sedan rymdfarkoster i omloppsbana runt månen fångade upp tecken på ett högt magnetfält i sten på månens yta medan månen i sig inte har en inneboende magnetism.

Nu kan MIT-forskare (Massachusetts Institute of Technology) ha löst mysteriet. De föreslår att en kombination av ett uråldrigt, svagt magnetfält och ett stort, plasmagenererande nedslag tillfälligt kan ha skapat ett starkt magnetfält koncentrerat till månens baksida.

I en studie som publicerades nyligen i tidskriften Science Advances beskriver forskarna genom detaljerade datasimuleringar att ett nedslag till exempel av en stor asteroid, kan ha genererat ett moln av joniserade partiklar som kortvarigt omslutit månen. Detta plasma skulle ha strömmat kring månen och koncentrerats på motsatt plats mot det första nedslaget. Där skulle plasmat ha interagerat med och tillfälligt förstärkt månens svaga magnetfält. Alla stenar i regionen där kan ha förhöjda magnetism innan fältet snabbt dog bort.

Denna kombination av händelser skulle kunna förklara förekomsten av mycket magnetiska stenar som upptäckts i ett område nära sydpolen på månens baksida. Det råkar vara så att en av de största nedslagsbassängerna. Imbriumbassängen (Regnets hav) ligger på exakt motsatt plats på månens framsida (om man tänker sig ett streck rakt igenom månen). Forskarna misstänker att asteroiden som gjorde nedslaget sannolikt släppte ut det moln av plasma som startade scenariot i deras datasimuleringar. 

En tidigare okänd dvärgplanet finns troligen i utkanten av vårt solsystem

 

Bild https://www.ias.edu/ av dvärgplaneter: NASA/JPL-Caltech; bild av 2017 OF201: Sihao Cheng et al.

En sammansatt bild som visar de fem dvärgplaneter som erkänts av Internationella astronomiska unionen, plus det nyupptäckta transneptunska objektet 2017 OF201.

En grupp medlemmar vid Institute for Advanced Study's School of Natural Sciences ledd av Sihao Cheng, Martin A. och Helen Chooljian har upptäckt ett extraordinärt transneptunskt objekt (TNO), benämnt 2017 AV201, i utkanten av vårt solsystem (obs inte att förväxla med den sedan länge eftersökta planet nio).

Objektet är potentiellt tillräckligt stort för att kvalificera sig som en dvärgplanet likt den mycket mer välkända Pluto är. Det nya objektet är ett av de mest avlägsna synliga objekten i vårt solsystem och tyder på att den tomma delen av rymden som tros existera bortom Neptunus i Kuiperbältet i själva inte är tom.

Cheng gjorde upptäckten tillsammans med kollegorna Jiaxuan Li och Eritas Yang från Princeton University. De använde avancerade beräkningsmetoder för att identifiera objektets distinkta bana på himlen. Det nya objektet tillkännagavs officiellt av Internationella astronomiska unionens Minor Planet Center den 21 maj 2025 och i ett arXiv-pre-print nyligen.

Transneptunska objekt är småplaneter som kretsar runt solen på ett större medelavstånd runt solen än Neptunus omloppsbana. Den nya TNO är speciell av två skäl: dess extrema omloppsbana och dess storlek." Objektets aphelium – den punkt på omloppsbanan som ligger längst bort från solen är mer än 1600 gånger större än jordens omloppsbana", förklarar Cheng. Samtidigt är dess perihelium – den punkt på sin bana som ligger närmast solen 44,5 gånger jordens omloppsbana eller liknande Plutos omloppsbana.

Omloppsbanan tar cirka 25000 år att fullborda något som tyder på en komplex historia av gravitationella interaktioner.

– Den måste ha varit med om närkontakt med en jätteplanet vilket gjort att den kastades ut till en vid omloppsbana, beskriver Yang. Cheng och hans kollegor uppskattar att 2017 AV201s diameter är 700 km, vilket skulle göra den till det näst största kända objektet i en så lång omloppsbana. Plutos diameter är 2 377 km.

En kollison mellan två galaxer

 

Bild https://www.eso.org  Astronomer har för första gången bevittnat en våldsam kosmisk kollision där en galax genomborrar en annan under intensiv strålning.

Två galaxer ses störa varandra därute. Om och om igen rusar de mot varandra i hastigheter av 500 km/s på  våldsam kollisionskurs, bara för att utdela ett snabbt slag innan de retirerar och påbörjar ytterligare en runda. ”Av denna anledning går detta system under smeknamnet det ’kosmiska tornerspelet’”, beskriver en av studiens forskningsledare, Pasquier Noterdaeme vid Institut d'Astrophysique de Paris, Frankrike och det fransk-chilenska laboratoriet för astronomi i Chile. Men dessa galaktiska ryttare är inte direkt ridderliga och en av dem har en mycket orättvis fördel då den använder en kvasar för att genomborra sin motståndare med en spjutliknande stråle.

Kvasarer är de ljusstarka kärnorna i vissa avlägsna aktiva galaxer drivna av supermassiva svarta hål vilka frigör enorma mängder energi. Både kvasarer och kolliderande galaxer var mycket vanligare i universums första miljarder år. Därför riktar astronomer teleskop mot det avlägsna förflutna för att undersöka dem. Ljuset ovan nämnt "kosmiskt tornerspel" har tagit över 11 miljarder år att nå oss. Detta innebär att vi ser händelsen så som det såg ut när universum var 18 % av sin nuvarande ålder.

"Här ser vi för första gången effekten av en kvasars strålning på gasen i en i övrigt ordinär  galax", förklarar den andre av studiens två forskningsledare, Sergei Balashev vid Ioffe-institutet i Sankt Petersburg, Ryssland. De nya observationerna indikerar att strålningen som frigörs av kvasaren stör gas- och stoftmolnen i den andra galaxen och lämnar endast de minsta och tätaste regionerna kvar. Dessa regioner är sannolikt för små för att här ska kunna bildas stjärnor, en dramatisk transformation som denna resulterar i färre stjärnor i den skadade galaxen (galaxen som genomborras av den energirika strålen från den andra galaxens kvasarutkast).

Balashev förklarar att "dessa kosmiska kollisioner tros ge enorma mängder gas till de supermassiva svarta hål som finns i galaxernas centra." I det kosmiska tornerspelet finns nya bränslereserver inom räckhåll för det svarta hål som driver kvasaren. Allt eftersom det svarta hålet drar till sig mer materia kan kvasaren fortsätta sin skadliga attack.

Forskarnas resultat, publicerades i dagarna i tidskriften Nature  I den studien kombinerades observationer från European Southern Observatory's Very Large Telescope (ESO:s VLT) och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), vilket avslöjade intrikata detaljer i denna galaktiska strid.

En gång var Jupiter dubbelt så stor som den är nu.

 

Bild https://www.caltech.edu  En illustration av Jupiter med magnetfältslinjer som sänder ut från dess poler. Upphovsman: K. Batygin

I en ny studie publicerad i tidskriften Nature Astronomy, skriven av Konstantin Batygin (PhD '12), professor i planetvetenskap vid Caltech; och Fred C. Adams, professor i fysik och astronomi vid University of Michigan ges en detaljerad inblick i Jupiters ursprungliga tillstånd. Deras beräkningar visar att ungefär 3,8 miljoner år efter att solsystemets första fasta ämnen bildades och den protoplanetäraskivan av materia runt solen (den protoplanetära nebulosan) var Jupiter betydligt större och hade ett kraftfullare magnetfält.

– Vårt ultimata mål är att förstå var vi kommer från och att fastställa de tidiga faserna av planetbildning det är avgörande för att lösa gåtan, beskriver Batygin. – Det här för oss närmare att förstå hur inte bara Jupiter utan hela solsystemet tog form.

Batygin och Adams närmade sig denna fråga genom att studera Jupiters små månar Amalthea och Thebe vilka kretsar  närmare Jupiter än Io den minsta och närmaste av planetens fyra stora galileiska månar. Eftersom Amalthea och Thebe har något lutande omloppsbanor analyserade Batygin och Adams dessa små skillnader i omloppsbana för att beräkna Jupiters ursprungliga storlek vilken visade sig vara ungefär dubbelt så stor som dess nuvarande radie med en förutspådd volym som motsvarar över 2 000 jordklot. Forskarna kom också fram till att Jupiters magnetfält vid den tiden var ungefär 50 gånger starkare än det är idag.

Adams lyfter fram det anmärkningsvärda avtryck som det förflutna har lämnat på dagens solsystem: "Det är häpnadsväckande att det även efter 4,5 miljarder år finns tillräckligt med ledtrådar kvar för att vi ska kunna rekonstruera Jupiters tillstånd i början av dess existens."

Det är viktigt att notera att dessa kunskaper uppnåddes genom oberoende undersökning av och utan begränsning av  traditionella osäkerheter i planetbildningsmodeller, Modeller som ofta förlitar sig på antaganden om gasopacitet ackretionshastighet eller massan av den tunga grundämneskärnan.

 I stället fokuserade teamet på omloppsdynamiken hos Jupiters månar och bevarandet av planetens rörelsemängdsmoment storheter som är direkt mätbara. Deras analys ger en tydlig bild av Jupiter i det ögonblick då den omgivande solnebulosan avdunstade. Något som är en avgörande övergångspunkt när byggmaterialen för planetbildning försvann och solsystemets ursprungliga arkitektur låstes fast.

Resultaten lägger till viktiga detaljer till befintliga teorier om planetbildning vilka föreslår att Jupiter och andra jätteplaneter runt andra stjärnor bildades genom kärnackretion, en process genom vilken en stenig och isig kärna snabbt samlar på sig gas. Dessa grundläggande modeller har utvecklats under årtionden av många forskare, inklusive Caltechs Dave Stevenson, Marvin L. Goldberger Professor of Planetary Science, Emeritus. Den nya studien bygger vidare på den grunden genom att ge mer exakta mätningar av Jupiters storlek, spinnhastighet och magnetiska förhållanden vid en tidig, avgörande tidpunkt i Jupiters utveckling.

Batygin betonar att även om Jupiters första ögonblick förblir dolda i osäkerhet, klargör den aktuella forskningen avsevärt vår bild av planetens kritiska utvecklingsstadier. – Det vi har etablerat här är ett värdefullt riktmärke, beskriver han. "En punkt från vilken vi med större säkerhet kan rekonstruera utvecklingen av vårt solsystem."

Artikeln har titeln "Determination of Jupiter's Primordial Physical State." 

Finansieringen till studien kom från Caltech, David and Lucile Packard Foundation, National Science Foundation, University of Michigan och Leinweber Center for Theoretical Physics vid University of Michigan.

Kretsloppet av vatten i Mars förflutna har omtolkats

 

Bild https://www.jsg.utexas.edu  Karta som visar vatteninfiltrationen på Mars för miljarder år sedan, enligt forskning från UT Jackson School of Geosciences. Det tog mellan 50 år (varmare färger) och 200 år (kallare färger) för vattnet att sjunka genom Mars jord för att nå grundvattennivån, en mil ner ifrån ytan. Upphovsman: Mohammad Afzal Shadab

För miljarder år sedan flödade vatten på Mars yta. Men forskarna har en ofullständig bild av hur den röda planetens vattenkretslopp fungerade.

Något som snart kan komma att ändras efter att två doktorander vid University of Texas i Austin fyllt en stor lucka i kunskapen om Mars vattencykel. Speciellt den del som finns mellan ytvatten och grundvatten. Studenterna Mohammad Afzal Shadab och Eric Hiatt utvecklade en datormodell som beräknar hur lång tid det tog för vatten på den tidiga Mars att sippra  från ytan ner till akviferen (akvifer är underjordisk lagring av grundvatten), oftast i porösa och genomsläppliga bergarter eller sediment), som tros ha legat ungefär en mil under Mars yta.

De fann att det tog allt från 50 till 200 år. På jorden, där grundvattennivån på de flesta platser finns mycket närmare ytan, tar samma process vanligtvis bara några dagar. Mars i är i stort sett torr, åtminstone på ytan. Men för 3 till 4 miljarder år sedan  ungefär vid den tid då livet började på jorden  karvade hav, sjöar och floder ut dalar genom Mars berg och kratrar och präglade strandlinjer i den steniga ytan.

Till slut tog Mars vatten en annan väg än jordens. Det mesta är numera antingen låst i jordskorpan eller försvann ut i rymden tillsammans med Mars atmosfär. Att förstå hur mycket vatten som fanns tillgängligt nära ytan kan hjälpa forskare att avgöra om det var på rätt plats tillräckligt länge för att skapa de kemiska ingredienser som behövs för liv.

De nya upptäckterna bidrar till en alternativ bild av den tidiga Mars där det fanns lite vatten som gick tillbaka till atmosfären genom avdunstning och regnade ner för att fylla på hav, sjöar och floder likt det skulle ha gjort på jorden beskriver medförfattaren Hiatt, som nyligen tog sin doktorsexamen från UT Jackson School of Geosciences.

"Jag tänker på den tidiga Mars där alla hav eller stora stillastående sjöar var mycket flyktiga", beskriver Hiatt. – När vattnet väl kom ner i marken på Mars var det så gott som borta. Det vattnet kom aldrig upp till ytan igen."

Forskarna säger att resultaten inte bara är dåliga nyheter för potentiellt liv på Mars. Om inte annat så försvann inte vattnet som sipprade in i jordskorpan eller ut i rymden, beskriver Hiatt. Den kunskapen kan en dag vara viktig för framtida upptäcktsresande som letar efter underjordiska vattenresurser för att upprätthålla en bosättning på den röda planeten.

Studien utfördes samtidigt som Shadab tog sin doktorsexamen vid Oden Institute for Computational Engineering and Sciences vid UT Austin. Andra medförfattare var Rickbir Bahia och Eleni Bohacek från European Space Agency (nu vid UK Space Agency), Vilmos Steinmann från Eotvos Lorand University i Ungern och professor Marc Hesse från Jackson School's Department of Earth and Planetary Sciences vid UT Austin.

Resultatet av studien har publicerats i tidskriften Geophysical Research Letters. 

Kartläggning av vintergatans centrum ”Central Molecular Zone” (CMZ)

 

Bild https://today.uconn.edu  En långvågig infraröd Herschel-bild av vår galax CMZ (Central Molecular Zone) avslöjar en ljus och tät ring av molekylär gas och stoft som omger det supermassiva svarta hål, SgrA* i centrum av Vintergatan. Bilden avslöjar hur vi ser galaxens centrum sett från jorden. Forskarna i 3-D CMZ-projektet använde denna data, plus radio-, infraröd- och submilleterdata för att kvantifiera sannolikheten för att varje moln här befinner sig antingen framför eller bakom SgrA*.

 Forskarna använde sedan dessa sannolikheter till att testa nuvarande teorier om 3D-strukturen i vintergatans centrum och till att presentera en ny modell av 3D-strukturen i CMZ. Bilden visar Herschel-data för de inre 7 graderna av galaxen där rött visar 350 mikron emission, grönt 160 mikron och blått 70 mikron emission. På detta ungefärliga avstånd från Vintergatans centrum visar den här bilden ungefär att det inre  är1 kpc (cirka 3 200 ljusår) medan själva CMZ ligger runt vintergatans inre i en storlek av 550 pc ( är cirka 1 800 ljusår).

Jorden finns ungefär 26 000 ljusår från ett aktivt område i Vintergatan som kallas den centrala molekylzonen (CMZ). Detta område innehåller ledtrådar om hur stjärnor bildas, hur energi rör sig genom vår galax och kanske detaljer om mörk materia.

Att analysera detta område är dock utmanande då vi inte har en tydlig bild av Vintergatan uppifrån och ner (genom att vi finns på jorden och finns i fel vinkel för att se detta). UConn's Milky Way Laboratory under ledning av docent Cara Battersby vid institutionen för fysik vid university of Connecticut, presenterar sin omfattande analys och 3-dimensionella top-down-modell av CMZ i en serie av fyra artiklar i Astrophysical Journal.  

En fråga som Battersby är intresserad av att kunna mer om är hur Vintergatans supermassiva svarta hål, kallat Sagittarius A, fungerar när och hur detta  aktivt samlar på sig material. Som en galaktisk vägstation kontrollerar CMZ när och om material dras mot det svarta hålet. Att göra direkta observationer för att svara på denna fråga är knepigt eftersom det i CMZ finns massor av gas, stoft och stjärnor, tillsammans med det faktum att vi är mycket långt borta och bara kan se det från sidan.

Det första steget blev att sammanställa en omfattande katalog över strukturer i CMZ och att mäta deras fysikaliska och kinematiska egenskaper, såsom massa, radier, temperatur och hastighetsdispersion. Detta beskrivs i artikel ett och två.

Artikel tre fokuserar på radiovåglängder av ljus och fokuseras på de molekylmoln som absorberar radiovåglängderna.

Artikel fyra fokuseras på utrotning av stoft och damm i infrarött ljus och beskriver noggrant en teknik för att mäta "skuggan" baserat på molnets egenskaper och därigenom kvantifiera sannolikheten för att detta befinner sig antingen framför eller bakom Vintergatans centrum, beskriver Battersby.

Doktorand Dani Lipman vid samma institution håller för närvarande på att utarbeta artikel fem och påtalar att denna syftar till att kombinera alla tillgängliga data för att bestämma den mest sannolika positionen för ett givet moln framför eller bakom Sagittarius A*. Dessa positioner kan sedan användas  för att hitta en bäst passande top-down-modell för CMZ. Modellen uppdateras och förbättras kontinuerligt i takt med att mer data blir tillgängligt.