Ett nytt arbetssätt i sökande efter mörk materia.

 

Mörk materia antas vara fem gånger vanligare än vanlig materia och anses vara cirka 85% av universums totala massa och ungefär en fjärdedel (26,8%) av universums totala massa om man även tar med energi och mörk energi, (själv anser jag att mörk materia är ett tillstånd av vanlig materia som vi ännu inte förstår, men det innebär inte att jag inte kan beskriva motsatta synpunkter i min blogg. Alla får anse som de vill (min anm.).

Vi kan inte upptäcka dessa svårfångade partiklar (i beprövad forskningsmetodik) som ingår i mörk materia direkt då mörk materia inte avger något ljus med kraftfulla instrument som Hubble Space Telescope eller NASA: s kommande NancyGrace Roman Space Telescope (ROMAN) för att bevittna dess inflytande på galaxer och andra avlägsna stjärnkluster. (Så det är effekter av något okänt som gett idén om mörk materia. Men varför inte det istället ses som mörk energi okänd form av energi är en gåta).

Enligt en ny studie ledd av forskare vid Ohio State University kan nya radarsystem från Jorden (istället för teleskop därute) nu användas vilket underlättar sökandet.

John Beacom, medförfattare till studien är professor i fysik och astronomi vid Ohio State, säger att medan forskare vanligtvis bara letar efter små partiklar av mörk materia med liten massa är målet med den nya forskningen att förbättra sökningen genom att även söka efter makroskopisk mörk materia (större synlig mörk materia): partiklar med en stor massa som inte nås av nuvarande markdetektorer. "En av anledningarna till att mörk materia är så svår att upptäcka kan vara att partiklarna kan vara mycket massiva", säger Beacom. "Om massan av mörk materia är liten är partiklarna vanliga men om massan är stor är partiklarna sällsynta."

En ny idé jag aldrig hört tidigare (.min anm.)

Även om dessa partiklar inte kan beröras eller ses kan mörk materia uppfattas genom dess gravitationseffekter på andra himmelska fenomen som stjärnor eller svarta hål.

Även om dess effekter på andra naturliga system inte är lätta att kategorisera och tar tid att lära sig mer om gör mörk materia att nya vägar öppnas för forskare att förstå kosmos storlek, form och framtid, sa Beacom. Sådana detektioner kan också avslöja massan av de mörka partiklarna som beroende av deras storlek, kan ha enorma effekter på galaxers bildning och struktur.

Den nya forskningen är publicerad på preprint-servern med öppen åtkomst för intresserade, arXiv.org

Det som är nytt i forskningen i sökandet efter mörk materia är att forskare denna gång använde samma teknik som används för att spåra meteorer när de sveper över skyn. När meteoriter passerar genom jordens atmosfär berörs både dessa och partiklar av mörk materia joniseringsavlagringar - en form av strålning som lämnar efter sig fria elektroner (atomer som kan leda elektricitet). Elektromagnetiska vågor som frigörs av radar studsar av effekten av de fria elektronerna och signalerar närvaron av materia som sedan kan användas för att skilja ut mörk materia från meteoriters vanliga materia. På så sätt kan Jordens atmosfär omvandlas till en effektiv, storskalig partikeldetektor.

Även om forskare har använt denna metod vid meteorjakt i årtionden, säger Beacom att han var förvånad över att ingen någonsin hade tillämpat detta system i tidigare insamlad data i sökandet efter mörk materia.

En av studiens viktigaste slutsatser är hur teamets nya metod skulle kunna komplettera andra kosmologiska sökningar efter mörk materia eftersom deras system erbjuder en nivå av noggrannhet och känslighet som många andra teknikslag saknar.

"Nuvarande kosmologitekniker är ganska känsliga, men de har inget sätt att kontrollera sitt eget resultat", sa Beacom. "Det här är en helt ny teknik så om forskare är osäkra på vad de har upptäckt kan en signal kontrolleras i detalj med radarteknik."

Medförfattare i studien var Pawan Dhakal, Steven Prohira och Christopher Cappiello från Ohio State, samt Scott Palo och John Marino från University of Colorado Boulder.

Bild vikipedia en sammansatt bild av galaxhopen CL0024+17 tagen av rymdteleskopet Hubble som visar skapandet av en gravitationslinseffekt. Det antas att denna effekt till stor del beror på gravitationsinteraktionen med mörk materia.

Ett nytt instrument för att se in i Neutronstjärnor

 

En neutronstjärna är ett av flera möjliga slut för en stjärna. När en stjärna i slutet av sitt liv stöter bort sina yttre lager inträffar en gravitationskollaps då stjärnans kvarvarande inre delar imploderar. Om stjärnan är så stor att  massan som är kvar motsvarar 1,4–3 solmassor sker en supernova. Återstoden blir en neutronstjärna som består av tätt packade neutroner och utspridda rester från supernovan. En typisk neutronstjärna är endast cirka 20 km i diameter men har en massa motsvarande 1,4 – 3 solmassor. Detta innebär att neutronstjärnan har en densitet som är omkring 1 miljard ton per kubikcentimeter. Gravitationsfältet vid stjärnans yta är tvåhundra miljarder gånger starkare än på jorden. Ett fallande föremål skulle uppnå 6,5 miljoner km/h redan efter en meters fall.

Forskare vet inte exakt vad neutronstjärnor består av och att bestämma detta är ett mål för astrofysikforskningen.

En ny pusselbit som begränsar utbudet av möjligheter har upptäckts av ett par forskare vid IAS: Carolyn Raithel, John N. Bahcall Fellow vid School of Natural Sciences; och Elias Most, medlem i skolan och John A. Wheeler Fellow vid Princeton University. Deras arbete publicerades nyligen i The Astrophysical Journal Letters.

Om det varit möjligt skulle forskare velat se in i neutronstjärnan men de är för små och avlägsna för att avbildas med vanliga teleskop. Forskare förlitar sig istället på indirekta egenskaper som de har möjlighet att mäta - som massan och radien av en neutronstjärna. Radien för en neutronstjärna är mycket svår att mäta exakt. Ett lovande alternativ för framtida observationer är att istället använda en storhet som kallas "peak spectral frequency" (eller f2) i dess ställe. 

Vad som sker vid kollisioner mellan neutronstjärnor kan förstås utifrån lagarna i Einsteins relativitetsteori. Det leder till starka utbrott av gravitationsvågsemission. År 2017 mätte forskare sådana utsläpp för första gången. " Åtminstone i princip kan toppspektralfrekvensen beräknas från gravitationsvågsignalen som avges från den vacklande återstoden av två sammanslagna neutronstjärnor", säger Most.

Det var tidigare väntat att f2 skulle vara en rimlig proxy för radie, eftersom - fram till nu - forskare trodde att en direkt eller "kvasi-universell" korrespondens existerade mellan detta. Raithel och Most har dock visat att detta inte alltid är sant.

De har nu visat att denna bestämning inte är som att lösa ett enkelt hypotenusaproblem. Istället är det mer besläktat med att beräkna den längsta sidan av en oregelbunden triangel där man också behöver ett tredje slag av information: vinkeln mellan de två kortare sidorna. För Raithel och Most är denna tredje information "lutningen av massradierelationen", det som kodar information om EoS vid högre densiteter (och därmed mer extrema förhållanden) än radien ensam gör.

Denna nya insikt kommer att göra det möjligt för forskare som arbetar med nästa generations gravitationsvågsobservatorier(efterföljarna till den för närvarande verksamma LIGO) att bättre förstå de data som erhållits från sammanslagningar av neutronstjärnor. Enligt Raithel kan denna data avslöja de grundläggande beståndsdelarna i neutronstjärnans materia. "Vissa teoretiska förutsägelser tyder på att det inom neutronstjärnkärnorna kan ske fasövergångar  som löser upp  neutronerna i subatomära partiklar så kallade kvarkar", säger Raithel. – Det skulle innebära att stjärnorna innehåller ett hav av fritt kvarkmateria i sitt inre. Det framtida arbetet kan visa morgondagens forskare  om sådana fasövergångar faktiskt inträffar.

Bild vikipedia av en modell av hur en neutronstjärna ser ut.

Ljud hörs innan en stjärna exploderar som en supernova

 

En supernova är en exploderande eller en exploderad stjärna. Supernovorna hör till de våldsammaste händelserna i universum. För att en supernova ska ske måste stjärnan ha haft en viss storlek vår sol är för liten för att explodera som en supernova.

Astronomer från Liverpool John Moores University och University of Montpellier har utarbetat ett "tidigt varningssystem" ett varningssystem som visar när en massiv stjärna är på väg att avsluta sitt liv som en supernovaexplosion. En supernova närmare oss än 200 ljusår påverkar vårt solsystem.

Arbetet publicerades i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. I den här nya studien beskriver forskare att massiva stjärnor (vanligtvis mellan 8 och 20 solmassor) i den sista fasen av sin tillvaro  plötsligt kommer att bli cirka hundra gånger svagare i optiskt ljus under de sista månaderna innan de försvinner i en supernovaexplosion. Denna dimning orsakas av en plötslig ansamling av material runt stjärnan vilket döljer dess ljus.

En mycket bra förklaring på skillnaden mellan stjärnor som slutar sin tillvaro som supernova eller stjärnor som vår sol som sväller upp och dras samman till en vit dvärg ges här från Uppsala universitet. 

Hittills var det inte varit känt hur lång tid det tar för stjärnan att samla in detta material. Nu har forskare för första gången datorsimulerat hur röda superjättar kan se ut då de är inbäddade i dessa "kokonger" före explosionen.

Gamla teleskoparkiv visar att det finns bilder av stjärnor som exploderade ungefär ett år efter att bilden togs. Stjärnorna ser normala ut i dessa bilder, vilket innebär att de ännu inte kan ha byggt upp den teoretiska (ännu har vi inte sett en sådan skiva) cirkumstellära skivan. Detta tyder på att kokongen av materia uppstår på mindre än ett år vilket ses som extremt snabbt.

Benjamin Davies från Liverpool John Moores University huvudförfattare till artikeln, säger "Det täta materialet döljer nästan helt stjärnan, vilket gör den 100 gånger svagare i den optiska (för det mänskliga ögats synliga del)  delen av spektrumet. Det betyder att dagen innan stjärnan exploderar skulle man sannolikt inte kunna se stjärnan. Han tillägger: "Hittills har vi bara kunnat få detaljerade observationer av supernovor timmar efter att de redan har hänt. Med detta tidiga varningssystem kan vi göra oss redo att observera dem i realtid och då rikta världens bästa teleskop mot dem och se dem bokstavligen slitas i bitar framför våra ögon.

Finns en del att lära om detta. Viktigast kanske att förbereda oss om en förestående explosion sker i vårt närområde (under 200 ljusår bort).

Bild vikipedia på en supernova i detta fall resterna efter Keplers supernova, SN 1604. 

Barium upptäckt i en exoplanets atmosfär

 

Med hjälp av Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope (ESO:s VLT) i Chile har astronomer upptäckt det tyngsta grundämnet hittills i en exoplanets atmosfär. Upptäckten av grundämnet barium på höga altituder i atmosfärerna på gasjättarna WASP-76 b och WASP-121 b  (OBS; de är de inte ingående i  samma solsystem)var oväntad. Upptäckten ger frågor om hur dessa planeters  atmosfärer ser ut.

“Den förbryllande och motsägelsefulla frågan är: varför finns ett så pass tungt grundämne i de övre skiktet av atmosfären på dessa planeter?” det frågade sig Tomás Azevedo Silva, doktorand på Portos universitet och Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) i Portugal, som ledde studien som publicerades i dagarna i Astronomy & Astrophysics.

WASP-76b och WASP-121b är så kallade ultraheta Jupiterplaneter. Deras storlekar överensstämmer med Jupiters. Men de har en yttemperatur på är över 1000 °C. Detta till skillnad mot Jupiters -140° C . WASP-76 b och WASP-121 b heta yta  beror på närheten till sina solar  båda planeterna fullbordar  ett omlopp på ca ett eller två dygn. Planeterna har exotiska egenskaper: på WASP-76 b  regnar det troligen järn.

Forskarna förvånades över förekomsten av barium i de övre skikten i exoplaneternas atmosfärer då det är ett grundämne som är 2,5 gånger tyngre än järn. “Med tanke på planeternas starka gravitation förväntade vi oss att tunga grundämnen som barium snabbt skulle falla ner mot planetens yta” säger medförfattaren till upptäckten Olivier Demangeon, som arbetar vid Portos universitet och IA.

“Detta var på ett sätt en oavsiktlig upptäckt” säger Azevedo Silva. “Vi förväntade oss inte och letade inte efter barium och var därför tvungna att dubbelkolla att signalen i spektrumet verkligen kom från planeten och från barion eftersom grundämnet inte hade upptäckts tidigare i någon exoplanets atmosfär”.

Det faktum att barium nu upptäckts i två  exoplaneter indikerar att ultraheta Jupiterplaneter kan vara än mer exotiska än man tidigare trott. Även om vi då och då detekterar barium även i jordens atmosfär i form av den starka gröna färgen i fyrverkerier och i övre atmosfären vid norrsken så är frågan för forskarna vilken naturlig process som kan ge upphov till ett så tungt grundämne på så hög höjd på exoplaneterna. “För närvarande vet vi inte vilka mekanismer som ger dessa resultat” förklarar Demangeon.

Det krävs mycket specialiserad utrustning för att bestämma sammansättningen hos en exoplanets atmosfär. Forskarna använde ESPRESSO-instrumentet på ESO:s VLT i Chile för att analysera moderstjärnornas ljus då det filtrerades genom atmosfärerna på WASP-76  och WASP-121 b.

De nya resultaten visar att vi bara har skrapat på ytan av exoplaneters mysterier. Med framtida instrument som den högupplösande spektrografen ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph) på ESO:s kommande Extremely Large Telescope (ELT), kommer astronomerna att kunna studera atmosfärer hos stora och små exoplaneter och även på  steniga jordlika planeter med mycket större detaljrikedom.

Vi bör vara gränslösa då vi undersöker fenomen i universum. De gränser vi sätter under en undersökning är mänskliga men inte universums gränser. I universum finns inga gränser allt kan ske, allt kan finnas hur annorlunda vi än kan tänka oss det och vi kan kanske som människor inte tänka oss allt som kan finnas (min anm.). Då vi vet att norrsken innehåller barium kan man tänka sig att det i stora Jupiterliknande planeter som finns nära sin sol kan ge samma effekt. Här kan norrsken finnas och av sådan storlek nere i atmosfären att även här ges upphov till barium i övre atmosfärskiktet

Bild vikipedia på en konstnärlig bild av WASP-76b (baserat på data från 2020).

Ett svart hål därute sänder en stark stråle mot en granngalax

 

I medföljande fil finns en youtube en film som visarskeendet därute.

Med hjälp av medborgarforskare har ett team av astronomer upptäckt ett  svart hål som sänder ut en eldliknande jetstråle mot en granngalax. Det svarta hålet finns i en galax cirka en miljard ljusår från jorden som har beteckningen RAD12. Upptäckten publicerades i dagarna i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.

Galaxer delas vanligtvis in i två huvudklasser baserat på deras morfologi: spiralgalax eller elliptisk galax. Spiralgalaxer har optiskt sett blå spiralarmar med ett överflöd av kall gas och damm. I dessa galaxer bildas nya stjärnor med en genomsnittlig hastighet av en solliknande stjärna per år. Elliptiska galaxer är gulaktiga och saknar  egenskaper som spiralarmar. Stjärnbildningen i elliptiska galaxer är mycket knapp.

 Det är ett mysterium  varför de elliptiska galaxer vi ser idag inte har bildat nya stjärnor på miljarder år. Mycket tyder dock på att supermassiva svarta hål är anledningen. Dess svarta hål spyr ut gigantiska strålar som rör sig i mycket höga hastigheter ut från galaxen. I dessa finns materia som skulle krävts stjärnbildning: kall gas och damm.

Den unika karaktären hos RAD12 hade observerats 2013 med hjälp av optisk data från Sloan Digitized Sky Survey (SDSS) och radiodata från Very Large Array (FIRST-undersökningen). Uppföljningsobservation med Giant Meterwave Radio Telescope (GMRT) i Indien krävdes dock för att bekräfta dess exotiska natur: Det svarta hålet i RAD12 ses kasta ut en stråle mot en angränsande galax, som har beteckningen RAD12-B.

Vanligast matas strålar av detta slag ut parvis och rör sig i motsatta riktningar vid relativistiska hastigheter. Varför endast en jetstråle kommer från RAD12 ut är ett mysterium. Jetstrålen ses som en konisk stam av ung plasma som kastas ut från centrum där det svarta hålet finns och når långt bortom de synliga stjärnorna i RAD12.

 GMRT-observationerna avslöjade att det svagare och äldre plasmat sträcker sig långt bortom den centrala koniska stammen och blossar ut som locket på en svamp (ses i rött i tricolor-bilden som finns ovan). Hela strukturen är 440 tusen ljusår lång vilket är mycket större än galaxen själv.

RAD12-fenomenet liknar inget tidigare känt fenomen. Det är första gången en jetstråle har observerats kollidera med en stor galax som RAD12-B. Astronomer är nu ett steg närmare att förstå effekterna av sådana interaktioner i elliptiska galaxer vilket troligen ger en brist av kall gas och därmed förhindrar ny stjärnbildning.

Forskningen framstår som en "RAD@home medborgarvetenskaplig upptäckt av en AGN ((Active Galactic Nucleus) som spyr en stor unipolär radiobubbla i riktning mot sin följeslagare", artikeln publicerad i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.

Men jag undrar likväl varför det sker i just elliptiska galaxer och om spiralgalaxers spiralarmar en gång kommer att dras samman så galaxen blir  elliptisk och stjärnbildning även här då upphör.

Bild från https://www.space.com/ med följande text "Plasma emerging from RAD12 and blasting a neighboring galaxy. (Image credit: Ananda Hota/GMRT/CFHT/MeerKAT (CC BY 4.0))"

Finns gasen metylbromid (Brommetan) på exoplaneter kan det vara tecken på liv.

 

Broccoli är en växt tillsammans med flera andra växter och mikroorganismer som avger gaser som hjälper dem att eliminera toxiner. Forskare tror att sökande efter gaser av detta slag kan ge övertygande bevis på liv på andra planeter (om man finner dem).

Dessa gaser bildas när organismer tillsätter en kolatom och tre väteatomer till ett oönskat kemiskt element (toxiner som är till skada elimineras då). Denna process, kallas metylering och kan omvandla potentiellt giftiga toxiner till gaser som  släpps ut i atmosfären. Om dessa gaser upptäcks i en planets atmosfär skulle det indikera på eventuellt liv någonstans på den planeten. 

Metylering är så utbredd på jorden att vi antar att det bör ske på fler platser därute om där finns liv, säger Michaela Leung, planetforskare vid UCR (University of California – Riverside). "De flesta celler har mekanismer för att eliminera föroreningar."

En metylerad gas, metylbromid, har flera fördelar jämfört med andra gaser som traditionellt ingår i sökandet efter liv utanför vårt solsystem. Leung genomförde nyligen en studie som publicerades i The Astrophysical Journal där Leung visar sitt resultat efter att ha studerat och kvantifierat metylbromids fördelar.

För det första stannar metylbromid i atmosfärer under en kortare tid än konventionella biosignaturgaser.

"Om du hittar det är chansen stor att den inte släpptes ut för så länge sedan - och det som gjorde det  fortfarande gör det”, säger Leung.

Metylbromid utsöndras av högre livsformer snarare än som exempelvis metan som kan komma från mikrober. Men man ska även ta hänsyn till att det är en gas som kan komma  från en vulkan eller någon annan geologisk process.

"Det finns dock begränsade sätt att generera denna gas med icke-biologiska medel, så att hitta den är mer vägledande för livet än för vulkanism", säger Leung.

Dessutom absorberar metylbromid ljus likt även en annan biosignatur, metylklorid vilket gör att om båda dessa gaser närvarar är det än troligare att det finns liv.

Även om metylbromid är utbredd på jorden är det inte lätt att upptäcka i vår atmosfär på grund av intensiteten i vår sols UV-ljus. Ultraviolett strålning utlöser kemiska reaktioner som bryter ner vattenmolekyler i atmosfären och delar upp dem i gasförstörande produkter. Studien visade dock att metylbromid lättare skulle kunna detekteras runt en M-dvärgstjärna än i system med en sol som vår eller liknande solsystem. M-dvärgar är mindre och svalare än vår sol, och de producerar mindre UV-strålning och därmed sker mindre vattennedbrytning på en planet där vatten finns i dess närområde.

"En M-dvärgstjärna ökar koncentrationen och detekterbarheten av metylbromid med fyra storleksordningar jämfört med solens effekt på Jorden", sa Leung.

Detta är en fördel för astronomer eftersom M-dvärgar är mer än 10 gånger vanligare än stjärnor som vår sol och därför blivit de första målen i sökningen efter liv på exoplaneter.

Forskarna  är optimistiska i att astrobiologer i framtiden kommer att  överväga sökandet efter metylbromid inom en snar framtid.

Även om James Webb Space Teleskopet inte är speciellt optimerat för att upptäcka jordliknande planetatmosfärer runt andra stjärnors planeter kommer några extremt stora markbaserade teleskop snart att tas i drift (i slutet av decenniet). Teleskop som blir bättre lämpade för att analysera sammansättningen av planeters atmosfärer.

Bild på hur denna atom är uppbyggd. Bild vikipedia.

Den udda jätteradiogalaxen GRG-J223301+131502

 

Ett internationellt team av astronomer har nyligen genomfört en radio- och optisk observation av en jätteradiogalax som kallas GRG-J223301+131502. Resultaten av observationskampanjen ger mer kunskap om denna galax egenskaper och dess exceptionella jetstrålstruktur. Resultatet rapporterades i en artikel som publicerades den 26 september i arXiv.org.

Jätteradiogalaxer (GRG) är radiogalaxer med en total projicerad linjär längd av strålning som överstiger 2,3 miljoner ljusår. De är sällsynta och finns i miljöer med låg densitet. GRG är viktiga för astronomer då man studerar bildandet och utvecklingen av radiokällor.

Hittills har cirka tusen GRG upptäckts och av dessa överstiger tio  10 miljoner ljusår i storlek. Den största har beteckningen J1420-0545 och beräknas vara av en storlek av cirka 16 miljoner ljusår.

Vid en rödförskjutning på 0,093 är GRG-J223301+131502 ( GRG-J2233+1315) en gigantisk radiogalax som identifierades första gången 2017 som en del av projektet Search and Analysis of GRGs with Associated Nuclei (SAGAN). Den har en total projicerad linjär storlek på nästan 5,57 miljoner ljusår och är värd för SDSSJ223301.30 +131502.5  vilket är en galax av S0-a-typ som uppvisar en stor diffus stjärngloria. 

Vid tidigare studier av GRG-J2233+1315 har man upptäckt att galaxen finns i en tät klustermiljö vilket står i kontrast till de nuvarande teorierna om att GRG vanligtvis finns i  galaxgles miljö. För att verifiera att denna gfanns i tät galaxmiljö  utförde  en grupp astronomer under ledning av Pratik Dabhade vid Sorbonne University i Paris, Frankrike flerfrekventa radioobservationer av GRG-J2233+1315 med Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) och Low-Frequency Array (LOFAR) samt spektroskopiska observationer med William Herschel Telescope (WHT).

De djupa och högupplösta radiobilderna från detta avslöjade att så var fallet men även  en enorm jetstråle, cirka 772 000 ljusår stor, som härrörde från radiokärnan i GRG-J2233+1315 och  som sträckte sig cirka 326 000 ljusår. Bilderna visar också att galaxen uppvisar lober utan några framträdande hotspots och liknar en skivstång. Forskarna kallade därför GRG-J2233+1315 för Barbell GRG. Dessa detekterade lober visade sig ha en magnetfältstyrka på cirka 5 μG och utifrån spektralundersökningen åldrar mellan 110 och 200 miljoner år.

Observationerna visade att Skivstångsliknande GRG har en rödförskjutning på cirka 0,099 och att dess linjära storlek är större än man tidigare trott - nästan 6 miljoner ljusår större. Resultaten indikerar att värdgalaxen har en relativt låg stjärnbildningshastighet av endast cirka 0,001 solmassor per år.

Bild https://phys.org/news/2022-10-peculiar-giant-radio-galaxy-grg-j223301131502.html