En ny mörk materia karta är klar

 

En ny karta över kosmos visar fördelningen av mörk materia.

Kartan täcker en fjärdedel av himlen sett från jorden och skapades utifrån den kosmiska mikrovågsbakgrundens (CMB), strålning som finns kvar från tiden strax efter Big Bang.

Den nya kartan är skapad  av  Atacama Cosmology Telescope (ACT) och har nu hjälpt till att bekräfta den gravitationsteori som Albert Einstein var banbrytare till.

Einsteins allmänna relativitetsteori från 1915 innebär att objekt med massa "varp" rymdtidens tyg, ger upphov till gravitation som leder till specifika förutsägelser om hur universums storskaliga struktur bildades och utvecklades till det tillstånd vi observerar idag, 13,8 miljarder år efter Big Bang. Dessa förutsägelser är "standardmodellen av kosmologi".

"Vi har använt CMB, det äldsta ljuset i universum, som emitterades strax efter Big Bang, för att mäta hur mörk materia - den osynliga materia som utgör majoriteten av materien i universum  fördelas i stora skalor, beskriver ACT-teammedlem Adam Hincks, astrofysiker vid University of Toronto, det i ett uttalande.

ACT-observationerna gjorde det möjligt för laget att studera effekten med hjälp av  gravitationslinsning, och de fick ett resultat som förutspås av den allmänna relativitetsteorin på CMB.

Gravitationslinsning härrör från det faktum att när gravitationen förvränger rumtiden, förvränger den ljusets väg då det kommer mot oss. Arten av denna vridning kan visa astronomer fördelningen av massan som orsakar den rumsliga snedvridningen. 

CMB är det första ljuset i universum. När universum var nytt fylldes det med ett hav av elektroner, gluoner och kvarkar. Elektroner spred oändligt med fotoner, ljuspartiklar, vilket resulterade i att ljus inte kunde spridas genom kosmos. Resultat blev att universum blev ogenomskinligt och färgtonat i tegelstenfärg.

När universum sedan svalnade kunde partiklar hålla ihop. Kvarkar och gluoner bildade protoner och neutroner och dessa bands samman med elektroner. De första atomerna skapades. Tiden var cirka 380 000 år efter Big Bang. Med färre fria elektroner i universum kunde sedan fotoner sprida sig obehindrat och universum blev transparent som ett fönster. Ljus och mörker skildes åt och universum blev möjligt att se som vi ser det idag.

CMB (är det första ljuset i universum) det första fritt flödande ljuset. Tack vare universums fortsatta expansion fyller denna uråldriga strålning kosmos nästan jämnt med enstaka små variationer.

ACT-forskarna såg på effekten från gravitationen i universums stora struktur på CMB (det första ljuset) genom gravitationslinsing vilket gav ett bra sätt att kartlägga och  särskilja det vi kallar vanlig materia och mörk materia, som utgör cirka 85 % av det materiella universum men förblir mystiskt. För min del anser jag att båda slagen är samma slags materia men i skild konstisens utifrån att båda egentligen ska tolkas utifrån strängteorin.

Mörk materia interagerar inte med ljus likt stjärnor, planeter och vi gör vilket innebär att astronomer inte kan se det i någon våglängd av elektromagnetisk strålning. Men mörk materia har likt vanlig materia massa och  interagerar  gravitationellt likt vanlig materia gör. Det betyder att dess närvaro kan härledas utifrån dess gravitationella interaktioner med materia och strålning.

Det betyder att mörk materia har en gravitationslinsningseffekt. 

Denna effekt kan ses i förvrängningen i CMB (det första ljuset).

Denna förvrängning gjorde det möjligt för teamet att skapa en mycket detaljerad karta över fördelningen av vanlig materia och mörk materia vilket avslöjade att det sammantaget tar den form som förutspåddes i den allmänna relativitetsteorin standardmodellen av kosmologi.

Materiefördelningskartan kan också hjälpa till att lösa ett problem i kosmologin som framträder vid mätning av ljus från avlägsna stjärnor vilket tyder på att mörk materia är så klumpformad som den borde vara, enligt standardmodellen för kosmologi.

ACT-kartan visar att de stora klumparna av mörk materia som observerats är precis av rätt storlek för att passa in i standardmodellen för kosmologi. ACT-teamet beskrev att det betyder att de nya resultaten passar den övergripande bilden forskare har om kosmos utveckling.

Samarbetsforskningen om fenomenet diskuteras i tre artiklar som  kommer att publiceras i Astrophysical Journal, som för närvarande även finns tillgängliga på Atacama Cosmology Telescopes webbplats.

Bild från https://www.space.com/dark-matter-map-cmb-einstein-right som Visar den nya kartan över himlen, gjord med observationer från Atacama Cosmology Telescope som visar mörk materiafördelningen. De orange regionerna visar var det finns mer mörk materia; magenta där det finns mindre. Kartan visar hundratals miljoner ljusår tvärsöver. (Bildkredit: ACT-samarbete)

De första svarta hålen kan ha bildat sig själva

 

De första svarta hål som bildades under de exotiska förhållandena i bigbang kan ha varit sin egen källa till materia och strålning.

Standardberättelsen om det tidiga universum är följande. När kosmos var ungt genomgick det en period av otroligt snabb expansion. Universum ökade i storlek med partiklar av nästan bara av väte och helium och strålningen var stark. Därefter expanderade och svalnade universum och då sjönk densiteten hos materia och strålningen. Så småningom bildades stjärnor, galaxer och stjärnkluster och efter supernovors bildande övriga grundämnen. Expansionen fortsatte och dess takt ökar än i dag.

Ny forskning tyder på att denna berättelse kan sakna en viktig ingrediens de ursprungliga svarta hålen. För närvarande känner vi bara till ett sätt som svarta hål skapas. Det är då  stjärnor kollapsar efter att deras bränsle tagit slut. När de kollapsar in i sig själva i slutet (då de är en neutronstjärna av otrolig massa)  når de tillräckligt hög densitet för att överväldiga alla andra krafter och utlösa bildandet till ett svart hål.

Vi vet från Stephen Hawkings arbete att svarta hål inte är helt svarta. De lyser faktiskt lite genom en exotisk kvantprocess som kallas Hawking-strålning.

För normalstora svarta hål är detta en mycket ineffektiv process. Ett typiskt svart hål kommer bara att avge en partikel av Hawking-strålning varje år eller så. Medan mindre svarta hål avger mycket mer strålning. Om de ursprungliga svarta hålen var tillräckligt små skulle de avdunstat helt medan universum fortfarande var i sin tidigaste tid och inte ha lämnat något spår kvar. Men forskarna anser att när dessa ursprungliga svarta hål avdunstade släppte de från sig strålning och materia.

Trots universums expansion och om tillräckligt många ursprungliga svarta hål avdunstade kunde densiteten av materia och strålning förbli konstant. Detta skulle leda till ett utökat black hole-baserat big bang-scenario.

Så småningom skulle då alla av de första svarta hålen försvunnit och resten av den kosmologiska historien skulle fortsätta utan dem. Men de skulle lämna spår. Förändringarna i materia och strålningstäthet kan potentiellt ha fått långvariga effekter som vi kan upptäcka även idag. Avdunstningen av de ursprungliga svarta hålen själva utlöste bildandet av gravitationsvågor som kan finnas kvar än idag.

Vi kanske aldrig hittar direkta bevis från de ursprungliga svarta hålens existens men forskarna har funnit att vi kan hitta deras subtila fingeravtryck i hela universum om de nu funnits vilket bara är en teori.

Bild vikipedia på en animerad simulering av ett Schwarzschild  svart hål med en galax som passerar bakom. Vid en tidpunkt och kurs observerad av extrem gravitationslinsning av galaxen.

Liknande Jorden för många år sedan en snöboll?

 

Jorden har haft minst fem stora istider. Den mest extrema kan ha varit Marinoan istiden som varade från 654 till 635 miljoner år sedan enligt vissa forskare. Då  sträckte sig  glaciärer från pol till pol. Detta är Snowball Earth-hypotesen som enligt många forskare sedan 1960-talet blev namnet på detta fenomen.

Under april 2023 beskriver en internationell grupp forskare från Kina, USA och Storbritannien att de nu har hittat bevis som relaterar till Snowball Earth-teorin. Men förtydligar teorin att jorden kan ha varit mer av en snöslaskboll än en snöboll. Vari kan ha funnits fickor med mer tempererade förhållanden med grumligt vatten där liv eventuellt kan ha funnits.

Forskarlaget, bland annat från China University of Geosciences, University of Cincinnati och University of St. Andrews, studerade klippformationer i östra Shennongjia ett skogsbruksdistrikt i Kinas Hubei-provins. Här hittades spännande bevis som antyder  att jorden inte var helt frusen trots allt. Snarare fanns det fläckar av öppet vatten i några grunda halvlatitudhav.

Huvudförfattaren Huyue Song från China University of Geosciences beskrev det som att:

Vi presenterar en ny Snowball Earth-modell där öppet vatten fanns i både låg- och mellanlatitudhav. Vi fann att Marinoan-nedisningen var dynamisk. Det kan ha funnits potentiella öppna vattenförhållanden på de låga och mellersta breddgraderna då och då. Dessutom kan dessa förhållanden av ytvatten ha varit mer utbredda och mer varaktiga än man tidigare ansett och möjliggjort en snabb återhämtning av biosfären efter Marinoan Snowball Earth tiden.

När forskarna undersökte insamlade stenar från den tiden fann de i denna  fossil av tång. Fossilerna, särskilt av en art av tång som kallas bentiska fototrofa makroalger är mer än 600 miljoner år gammal. Forskarna gjorde fyndet i svart skiffersten.

Denna typ av tång lever på botten i hav och behöver solljus för fotosyntes. Tiden för skiffern indikerar att tången fanns under  Marinoan Ice Age. Det antyder det att det måste ha funnits fickor med öppet vatten. Forskare anser att dessa fickor av vatten sannolikt fanns under de senare stadierna av istiden. Både encelliga och flercelliga organismer kan ha levt i dessa oasliknande fickor av öppet vatten.

Vad som fick glaciärerna att så småningom dra sig tillbaka mot polerna är forskarna inte helt eniga om. Men troligast var det  oaserna – vattenfickorna – som gjorde det. Alger i dessa vatten släppte ut koldioxid som ökade temperaturen i atmosfären  över tid vilket gradvis smälte isen i ekvatoriella och tropiska regioner (det handlar om lång tid).

När det gäller vad som orsakade istiderna, beskrev Thomas Algeo, professor i geovetenskap vid University of Cincinnati College of Arts and Sciences att det kan ha involverat mikroorganismer som använde koldioxid istället för att skapa detta (motsatsen till fotosyntes).

Vi vet dock inte säkert vad som utlöste istiderna,  misstanken är att det var relaterat till att flercelliga organismer som  levde av kol i atmosfären (organismer som fanns i stort antal använde det som näring som vi använder syre) vilket ledde till kolbegravning och avkylning av jorden. Idag släpper vi ut koldioxid snabbt i enorma mängder och det har stor inverkan på det globala klimatet. Numera till snabb temperaturökning.

Bild flickr.com

M82 X-2 är en röntgenkälla därute som trotsar den fysiska lag som kallas Eddington-gränsen

 

Något därute i yttre rymden bryter mot lagen – fysikens lagar.

Astronomer kallar det ultraluminösa röntgenkällor (ULX) som utstrålar cirka 10 miljoner gånger mer energi än solen. Denna stora mängd energi bryter mot en fysisk lag som kallas Eddington-gränsen, vilken är gränsen för hur ljust något i en viss storlek kan vara. Om något bryter  Eddington-gränsen förväntar sig forskare att det sprängs i bitar. Denna  ULX "överskrider dock regelbundet denna gräns med 100 till 500 gånger och exploderar likväl inte vilket förbryllar fysiker", enligt ett uttalande  från NASA. 

Nya observationer publicerades nyligen  i The Astrophysical Journal från NASA: s Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR), där man ser på universum i röntgenstrålningsfältets högenergifält. Härifrån bekräftades att en ULX, kallad M82 X-2, definitivt är så ljus att den borde explodera.

Tidigare teorier föreslog att den extrema ljusstyrkan som upptäckts därifrån kan vara någon form av optisk illusion, men den nya studien visar att så inte är fallet - denna ULX trotsar därmed  Eddington-gränsen utan att explodera.

Kan Eddington-gränsen vara felkonstruerad?

Astronomer trodde tidigare att ULX kunde vara svarta hål. Men M82 X-2 är en bevisad  neutronstjärna. 

Neutronstjärnor är kärnor efter stjärnor. Vår sol blir en gång en sådan. En neutronstjärna är så tät att tyngdkraften på dess yta är cirka 100 miljarder gånger starkare än på jorden. Denna intensiva gravitation innebär att allt material som dras ner till neutronstjärnors yta kommer att ha en explosiv effekt. En marshmallow som släpps på ytan av en neutronstjärna skulle ge energi som från tusen vätebomber, enligt NASA.

Den nya studien visade att M82 X-2 drar åt sig cirka 1,5 gånger jordens material varje år från en närliggande stjärna. När denna mängd materia träffar neutronstjärnans yta produceras den otroliga ljusstyrkan.

Forskargruppen anser att detta är bevis på att något måste hända med M82 X-2 som förändrar de fysikregler vi anser är riktiga och bryter Eddington-gränsen (men kan det inte vara så att Eddington-gränsen inte stämmer fysiken behöver omtolkas).

Nuvarande teori är att neutronstjärnans intensiva magnetfält förändrar formen på neutronstjärnans atomer vilket gör att stjärnan kan hålla ihop även när den blir ljusare och ljusare utan att explodera.

Observationer låter oss se effekterna av dessa otroligt starka magnetfält. Magnetfält som vi aldrig kan reproducera på jorden med nuvarande teknik beskriver den som ledde studien  Matteo Bachetti astrofysiker vid Cagliari Astronomical Observatory i Italien det i studien.

Bild En illustration av en neutronstjärna - en ultralysande röntgenkälla - som snurrar runt som tendrils av magnetfält piskar genom rymden. (Bildkredit: NASA / JPL-Caltech)

HD 169142 b, är den tredje protoplanet som bekräftats

 

Planeter bildas av materia från en skiva som omger en nybildad stjärna.

En protoplanetär skiva är en roterande cirkumstellär skiva består av tät gas och damm som omger en mycket ung stjärna, en så kallad T-Tauri-stjärna eller Herbig-Ae/Be-stjärna. Den protoplanetära skivan kan anses vara en ackretionsskiva eftersom materia kan falla ner från de inre delarna av skivan till stjärnans yta. Den processen bör dock inte blandas ihop med ackretionsprocessen som  bildar  planeter.

En  protoplanet är namnet på en planet som  fortfarande är i sin bildningsfas, det vill säga när den fortfarande ackumulerar materia. Hittills har endast två protoplaneter med säkerhet identifierats, PDS 70 b och c, som båda kretsar kring stjärnan PDS 70. 

Detta antal har nu ökats till tre genom  upptäckten och bekräftelsen av en protoplanet som omger HD 169142, en stjärna som finns 374 ljusår från vårt solsystem. Vi använde data från instrumentet SPHERE vid Very Large Telescope (VLT) vid Europeiska sydobservatoriet (ESO) från vilket stjärnan HD 169142 observerats, flera gånger mellan 2015 och 2019, förklarar Iain Hammond, forskare vid Monash University (Australien) som gjorde en del av sin doktorsavhandling där upptäckten vid ULiège och tillägger:

 Eftersom vi förväntar oss att planeter ska vara heta in sin bildningsfas tog teleskopet bilder av HD-169142 i infrarött ljus för att leta efter värmesignatur i skivan. Med insamlad data kunde vi bekräfta närvaron av en planet, HD 169142 b, cirka 37 au (en au  är en astronomisk enhet som betyder avståndet mellan jorden och solen så avståndet 37 au innebär 37gåger avståndet jorden solen) ) från sin stjärna.  HD 169142 b är därmed längre från sin sol HD 169142 än Neptunus  är från vår sol.

I en artikel publicerad i tidskriften Astronomy and Astrophysics 2019 hade ett team av forskare under ledning av Gratton tidigare beskrivit att en kompakt källa som ses i deras bilder kunde vara en protoplanet. Den nya studien bekräftar denna hypotes genom både en ny analys av äldre data från studien s 2019 amt den nya och bättre kvalitetsobservationen påtalar Hammond.

Bild vikipedia på var man kan finna detta solsystem HD 169142 där proplanet HD 169142 b finns.

Var bildas lättast intelligent liv på en planet täckt av hav eller på en planet som Jorden med både hav och land.

 

I en ny artikel publicerad i Florida Tech diskuterar astrobiolog Manasvi Lingam om teknikbaserad intelligens mer sannolikt utvecklas på land eller i vattenvärldar.

"A Bayesian Analysis of Technological Intelligence in Land and Oceans" heter atikeln av Lingam forskare från University of Texas och Università di Roma. Artikeln publicerades i marsutgåvan av The Astrophysical Journal.

Här visas att människan är ett klassiskt exempel på den typ av teknisk intelligent art som kan förändra biosfären genom målmedvetna aktiviteter och producera spårbara signaturer genom teknik. I artikeln utförde författarna en Bayesiansk analys sannolikheten för att tekniskt intelligenta arter skulle finnas i landbaserade livsmiljöer eller havsbaserade livsmiljöer i första eller enda hand. Det visade sig att havsbaserade livsmiljöer borde vara mer benägna att vara värd för tekniska arter, om alla andra faktorer var lika eftersom havsvärldar sannolikt är vanligare.

Men vi människor befinner oss på land istället för hav, så det finns en paradox, i stort sett, enligt Lingam.

I arbetet undersöktes även möjligheterna för hur framväxten av intelligent teknikbaserat liv kan missgynnas i havet och därmed lösa upp denna paradox.

Vi säger det troligen tar väldigt lång tid för intelligent liv att dyka upp i hav på grund av olika biofysiska skäl som sensoriska förmågor på land kontra vatten", beskriver Lingam. En annan möjlighet är, på grund av vissa faktorer (t.ex. energikällor), haven kanske inte är så beboeliga för intelligent liv som vi tror att de borde vara. För närvarande är det konventionella tänkande att flytande vatten behövs för liv. Kanske är det verkligen absolut nödvändigt för liv, men kanske ett överskott av det (dvs. bara hav) hindrar teknisk intelligens utveckling i den miljön.

Teamet kunde komma till slutsatserna genom att syntetisera två distinkta vägar. För det första använde de i stor utsträckning data från jorden för att fastställa hur intelligent liv här utvecklats från primater till bläckfiskar och valar (t.ex. delfiner). När man såg på människors kognitiva verktygslåda beskrev Lingam att de försökte förstå på vilka subtila sätt mänskliga förmågor skiljer sig från den kognitiva kapaciteten hos marint liv som ex valar och delfiner.

Den andra delen av forskningen involverade matematik och fysik särskilt Bayesiansk sannolikhetsteori, vilken gör det möjligt att beräkna relevanta sannolikheter baserat på några initiala förväntningar.

Medan slutsatserna i artikeln härleddes på sannolik basis, beskrev Lingam att det fortfarande finns mycket tvärvetenskapligt arbete som kan göras med att förfina och utöka modellerna och testas utefter dem.

De kan antingen mätas i framtida observationsdata från teleskop eller kan några av dem testas genom att utföra experiment och fältstudier på jorden, till exempel kan man se vidare på etologi (djurbeteende), fördjupa sig ytterligare i hur kognition fungerar hos landbaserade djur kontra vattenlevande djur. Det finns många olika djur som kan utvärderas ytterligare för att förfina studien. Alla dessa frågor kan och förhoppningsvis borde, locka människor från ett mycket brett spektrum av forskningsfält.

För Lingam kommer det framtida arbete som hänför sig till denna studie att innefatta att undersöka syrets metaboliska roll för att forma utvecklingen av komplext liv och hur allestädes närvarande element kan se ut på olika planeter. Han kommer också enligt honom själv att sträva efter att förstå vilken roll nivåerna av syrekoncentration kan ha på utvecklingen av intelligent liv.

För min del anser jag landbaserat liv har lättare för att skapa teknik. Detta då luft inte är lika störande som vatten att arbeta i.

Bild https://www.wallpaperflare.com/

Astronomer har hittat 1179 tidigare okända stjärnkluster i vår galax.

 

Gaia sköts upp den 19 december 2013. Dess uppdrag är att skapa en exakt tredimensionell karta över mer än tusen miljoner stjärnor i Vintergatan och bortom denna och kartlägga deras rörelser, ljusstyrka, temperatur och sammansättning. Denna enorma stjärnräkning kommer att ge de data som behövs för att ta itu med ett enormt antal viktiga frågor relaterade till vår galax ursprung, struktur och evolutionära historia.

Gaia,  har varit i drift sedan och 2013, släppte nyligen sitt tredje insamlade dataset. Nu har astronomer haft lite tidatt se över materialet. Studier börjar  dyka upp i tidskrifter om vad de fann. Till exempel katalogiserar en forskargrupp från bland annat Guangzhou University mer än 1100 tidigare ej katalogiserade stjärnhopar vilket avsevärt ökar   summan av detta slags strukturer  i Vintergatan.

Det har länge funnits en koppling mellan det uppskattade antalet stjärnhopar  i Vintergatan och deras observerade antal. För ungefär 15 år sedan trodde forskare att det skulle finnas ca 100 000 öppna stjärnhopar i Vintergatan baserat på den kunskap man hade då.

Faktiska observationsbevis för många kluster saknades dock. Gaia, som fokuserar på att katalogisera astronomiska 1,7 miljarder stjärnor i Vintergatan har redan funnit cirka 7000 tidigare okända kluster. Innan den första Gaia-utgåvan var endast 1200 öppna kluster kända. Datarelease två hittade ytterligare 4 000 medan det nu i det tidiga analysarbetet av den tredje datatinsamlingen hittats ytterligare 1600.

De flesta av de tidigare fynden hade  en svaghet - de avsåg främst det centrala galaktiska planet, med en "galaktisk latitud" på mindre än 20 grader. Endast öppna stjärnhopar på det galaktiska huvudplanet är synliga i den datauppsättningen.

Resultat från tredje upplagan flyttar astronomer närmare till att bekräfta teorin om det totala antalet öppna kluster i galaxen. Det finns säkert många fler öppna kluster kvar att hitta  än de nu funna och förhoppningsvis kommer det att behövas  många fler datautgåvor från både Gaia och dess efterföljare för att hjälpa till att hitta dem.

Bild vikipedia av en konstnärs intryck av rymdfarkosten Gaia.