Ett svart hål tändes

 

Ett team astronomer under ledning av forskare vid University of Birmingham, University College London och Queen's University Belfast har upptäckt en av de mest dramatiska händelserna från ett svart hål som setts hittills. Upptäckten presenterades tisdagen den 4 juli  2023 vid National Astronomy Meeting i Cardiff och kommer att publiceras i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Det svarta hålet J221951-484240 även känt som J221951 finns ca 10 miljarder ljusår bort och är en av de mest lysande transienter (astrofysiska objekt som ändrar sin ljusstyrka under en kort tidsperiod) som registrerats. Förändringen upptäcktes av Dr Samantha Oates, astronom vid University of Birmingham och hennes team i september 2019. Teamet använde Ultra-Violet and Optical Telescope som finns på Neil Gehrels Swift Observatory  för att leta efter kilonovor men fann något annat (två neutronstjärnor som smälter eller en neutronstjärna som sammanslås med ett svart hål). En kilonova är vanligtvis blå vid sammanslagningen och blir mer röd i färgen under en tidsskala av dagar. Men istället för en kilonova fann de det svarta hålet J221951 som finns 10 miljarder ljusår från oss. Detta objekt var även det blått. Men ändrade inte färg eller bleknade vilket en kilonova skulle gjort. 

Flera teleskop användes nu för att följa upp J221951 med syftet att  hitta lösningen på  vad som skedde där och vad det var. Man använde  NASA:s rymdteleskop Swift/UVOT, Hubbleteleskopet, det sydafrikanska stora teleskopet och ESO-anläggningar som Very Large Telescope och GROND-instrumentet på MPG/ESO:s 2,2-metersteleskop på La Sillaobservatoriet.

Ett spektrum av J221951 sken togs med rymdteleskopet Hubble och genom att undersöka ljusspektrumet kunde Dr Oates och hennes team bestämma att källan är cirka 10 miljarder ljusår bort, i motsats till en gravitationsvågsignal som även upptäcktes som visade sig vara mindre än 0,5 miljarder ljusår bort. Det faktum att den lyser så starkt på så stort avstånd gör J221951 till en av de mest lysande transienter som någonsin upptäckts.

Bevis tyder på att ljuskällan J221951 var ett supermassivt svart hål som livnärde sig på omgivande material i hög hastighet. En röd galax observerades vid platsen och J221951 överensstämmer med galaxens centrum där ett massivt svart hål antas finnas (alla galaxer antas ha ett svart hål i sina centrala delar). Det började lysa mycket plötsligt - cirka 10 månader före att den upptäcktes vara ett svart hål - vilket innebar att det svarta hålet började matas mycket snabbt efter att ha varit lugnt.

Det ultravioletta spektrumet visar absorptionsegenskaper som överensstämmer med materia som skjuts utåt genom en enorm frisättning av energi. Detta, i kombination med den höga ljusstyrkan  gör detta till en av de mest dramatiska aktivitetsstarter av ett svart hål som någonsin setts.

Teamet har identifierat två möjliga mekanismer som kan förklara detta extrema utkast från ett supermassivt svart hål. Den första är att det kan ha orsakats av en tidvattenstörning - störningen från en stjärna som passerar nära det supermassiva svarta hålet. Den andra att det kan ha producerats av en aktiv galaktisk kärna som "ändrar tillstånd" från vilande till aktivt. J221951 (namnet var först på ett starkt ljussken man inte visste källan till) och skulle då vara tecken på att ett vilande svart hål i mitten av galaxen börjat dra till sig på material från en ackretionsskiva. 

Dr Matt Nicholl, en medlem av teamet från Queen's University Belfast, beskriver det som att: Vår förståelse för de olika saker som supermassiva svarta hål kan göra har expanderat kraftigt de senaste åren med upptäckter som stjärnor som slits sönder och dras in i svarta hål och då ger enormt varierande ljusstyrkor. J221951 är ett av de mest extrema exemplen hittills på ett svart hål som överraskat oss. Fortsatt övervakning av J221951 för att räkna ut den totala energifrisättningen kan göra det möjligt att få veta om detta är en tidvattenstörning från en stjärna vid ett snabbt snurrande svart hål, eller en ny typ av påslagning av aktivitet av ett svart hål..

Bild vikipedia. De så kallade kilonovorna som nämns ovan är intressanta objekt därför tyckte jag att följande bild var intressant. som visar en konstnärs intryck av neutronstjärnor som smälter samman, producerar gravitationsvågor och resulterar i en kilonova.

Marsbilen Perseverance upptäckte en munkformad sten

 

NASA: s Perseverance Mars-rover tog ovan bild av en sten som har formen av en  munk (kaka)  i Jezero-kratern från ett avstånd av 100 meter med hjälp av sin Remote Microscopic Imager (RMI), (en del av SuperCam-instrumentet) den 22 juni 2023. Formade stenar i skilda slag är inte ovanliga varken på jorden eller på Mars. De bildas  under eoner av vind som sandblästrar berg och stenytor. Ovan sten kan ha bildats efter att en mindre sten (eller flera stenar) eroderade och rörde sig nära stenens centrum samtidigt som den sten som formade hålet blev till grus.  Det lämnade efter sig ett hålrum som senare förstorades av vindens svepande genom årmiljonerna. Misstänker att mycket sten som får dessa ovanliga former är mjuk sandsten.

Vi har tidigare sett bland annat en bild från Mars som på avstånd såg ut som ett ansikte och en för inte så länge sedan som visade på en grotta. Allt var vindens konstverk och vår hjärnas förmåga att hitta kända mönster som förklaringar till en formation. Ansikten är det vår hjärna i första hand försöker tolka in i det som ses annorlunda därefter andra välkända objekt. Vår hjärna söker förstå vad vi ser och tolkar utefter sin erfarenhet av objekt.

Ett viktigt mål i Perseverances uppdrag på Mars är astrobiologi,  sökandet efter tecken  på mikrobiellt liv i dag eller i fosill. Rovern arbetar med att  att katalogisera Mars geologi för att vi ska förstå Mars tidigare klimat och banar väg för mänsklig utforskning av den röda planeten där insamla och undersöka sten och damm är ett moment.

Bild https://www.jpl.nasa.gov/ på den upptäckta stenen.

Den första kartan över Vintergatan i materia istället för i ljus.

 

Forskare har spårat det vi kallar neutrinor för att skapa den första bilden av Vintergatan av materia och inte ljus vilket ger ett helt nytt sätt att studera universum.

Den banbrytande bilden togs genom att fånga neutrinor som for genom IceCube Neutrino Observatory, en gigantisk detektor begravd djupt ner i Sydpolens is. Se mitt inlägg från 9 juli.

Neutrinor har obefintlig elektrisk laddning med nästan noll massa och de interagerar nästan inte alls med andra slag av materia. Neutronor far rakt igenom vanlig materia i nära ljusets hastighet (jordklot och människa mm).

Men genom att bromsa neutrinors hastighet har fysiker lyckats spåra partiklarnas ursprung miljarder ljusår bort till gamla, katastrofala stjärnexplosioner och superbnovor, kosmiska strålkollisioner. Forskarna publicerade sina resultat den 29 juni i tidskriften Science.

Funktionerna i den mycket känsliga IceCube-detektorn i kombination med nya dataanalysverktyg har gett en helt ny bild av Vintergatan som bara antytts tidigare, beskriver Denise Caldwell, chef för National Science Foundation's fysikavdelning i  studien. Eftersom dessa funktioner fortsätter att förfinas kan vi se fram emot att se den här bilden dyka upp med ständigt ökande upplösning vilket potentiellt avslöjar dolda funktioner i vår galax som aldrig tidigare sett av mänskligheten.

Varje sekund passerar cirka 100 miljarder neutroner genom varje kvadratcentimeter av vår kropp. De små partiklarna finns överallt - producerade i stjärnornas kärnreaktioner i enorma supernovaexplosioner, av kosmisk strålning och radioaktivt sönderfall, och i partikelacceleratorer och kärnreaktorer på jorden. Neutroner är näst efter fotoner de vanligaste subatomära partiklarna i universum.

För att fånga neutrinorna använde sig partikelfysiker av IceCube  vid Amundsen-Scott South Pole Station i Antarktis. Denna detektor består av mer än 5000 optiska pärlstavade sensorer  i över 86 strängar som dinglar i hål i isen  upp till 2,5 kilometer ner i Antarktis is. Medan många neutroner passerar helt obehindrat genom jorden, interagerar de ibland med vattenmolekyler vilket skapar partikelbiprodukter så kallade muoner som kan ses som ljusblixtar med detektorns sensorer. Från de mönster som dessa blixtar ger kan forskare rekonstruera neutronernas energi och ibland även dess källa.

Att hitta en neutrons  inkommande riktning beror på hur tydligt dess riktning registreras i detektorn; vissa har mycket uppenbara initiala riktningar, beskriver, huvudförfattaren till artikeln Naoko Kurahashi Neilson, fysiker vid Drexel University i Philadelphia i studien.

 Efter att ha upptäckt ca 60000 neutrinokaskader under 10 år och bearbetat dessa i en  maskininlärningsalgoritm byggde fysikerna upp en eterisk, blåfärgad bild som visar neutrinernas källor i hela Vintergatan.

Kartan visar att neutronerna produceras överväldigande i regioner med tidigare detekterade höga gammastrålninghändelser vilket bekräftade tidigare misstankar att många av dess är biprodukter kommer ur  kosmisk strålning som smäller in i interstellär gas.

Jag minns att jag sa: Vid denna tidpunkt i mänsklighetens historia är vi de första som ser vår galax i något annat än i ljuskällor, skrev Neilson. (stjärnornas sken)

Precis som tidigare revolutionerande framsteg som ex radioastronomin, infraröd astronomi och gravitationsvågdetektering har neutrinokartläggning gett oss ett helt nytt sätt att se ut i universum. Nu är det dags att se vad vi hittar.

Ben Turner är en brittisk staff writer på Live Science. Han täcker fysik och astronomi, bland annat ämnen som teknik och klimatförändringar och från hans artikel är inlägget ovan med mina egna ord beskriven artikeln i  Live Science varifrån bilden ovan även kommer. 

Bilden är består av två bilder av Vintergatan. Översta gjordes med synligt ljus och nedre utifrån neutroner. (Bildkredit: IceCube Collaboration/U.S. National Science Foundation (Lily Le &; Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)) även detta från https://www.livescience.com/

Första satellitsystemet som detekterar blixtar från ovan

 

Det första satellitinstrumentet som kontinuerligt kan detektera blixtar över Europa och Afrika har nu slagits på. Nya animationer från den innovativa "Lighting Imager" bekräftar att instrumentet kommer att revolutionera upptäckten och förutsägelsen av svåra stormar.

ESA har tillsammans med European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (Eumetsat) nu släppt de första animationerna från Lightning Imager som finns ombord på den första MeteosatThird Generation-satelliten som sköts upp den 13 december 2022.

Lightning Imager kan kontinuerligt upptäcka snabba ljusblixtar i jordens atmosfär oavsett om det är dag eller natt från ett avstånd av 36000 km. Instrumentet har fyra kameror som täcker Europa, Afrika, Mellanöstern och delar av Sydamerika. Varje kamera kan ta upp till 1000 bilder per sekund och kommer kontinuerligt att observera blixtaktiviteter från ovan.

Varje animation innehåller en sekvens av bilder som skapats genom att samla in under en tidsintervall  av en minuts blixtmätningar, överlagrade på en enda bild på jorden från Lightning Imager. Data från Lightning Imager kommer att ge bättre väderprognoser och större förtroende till förutsägelser om allvarliga stormar särskilt i avlägsna regioner och över haven där blixtdetekteringsförmågan är begränsad från Jorden.

Simonetta Cheli, chef för jordobservationsprogram vid ESA, kommenterade instrumentets anmärkningsvärda kapacitet: "Animationerna visar instrumentets förmåga att exakt och effektivt detektera blixtaktivitet över hela kamerans synfält vilket täcker 84 % av jordskivan.

Bild https://www.esa.int/

NU är det bevisat att nanohertz-gravitationsvågor finns därute

 

En grupp kinesiska forskare har nyligen hittat viktiga bevis på förekomsten av nanohertz gravitationsvågor vilket markerar en ny era inom nanohertz gravitationsvågforskning. Fyndet baseras på observationer av pulsartiming som utförts med Five-hundred-meter Aperture Spherical radioTelescope (FAST). 

Acceleration av massiva föremål stör den omgivande rumtiden och producerar "krusningar i denna", dvs gravitationsvågor. Även om sådana vågor är extremt svaga erbjuder de en direkt metod för att undersöka massor som inte avger ljus. Av denna anledning har astronomer länge velat använda gravitationsvågor för att hjälpa till att förstå bildandet av universums strukturer och undersöka dess tillväxt, utveckling och sammanslagningen av massiva svarta hål.

Forskning av detta slag hjälper fysiker att få insikt om rumtidens grundläggande fysiska lagar. Teamet använde oberoende utvecklad dataanalysprogramvara och databehandlingsalgoritmer för att uppnå sitt genombrott i samarbete med flera andra internationella forskargrupper. Oberoende pipelines för databearbetning gav kompatibla resultat. Att använda nanohertz gravitationsvågor till observation av kosmos är därför enormt viktigt för att studera nyckelproblemen i samtida astrofysik som ex supermassiva svarta hål, galaxfusionernas historia och bildandet av storskaliga strukturer i universum.

Detektion av nanohertz gravitationsvågor är dock mycket utmanande på grund av dess extremt låga frekvens, där motsvarande period kan vara så lång som flera år och med våglängder upp till flera ljusår. Ännu är långsiktig tidsobservation av millisekundpulsarer med extrem rotationsstabilitet den enda kända metoden för att effektivt detektera nanohertz-gravitationsvågor.

Ovan forskning genomfördes i det kinesiska Pulsar Timing Array (CPTA) -samarbetet, som består av forskare från National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences (NAOC) med flera institut. Resultatet publicerades online 28 juni i tidskriften Research in Astronomy and Astrophysics (RAA). För mer om hur forskningen gick till och filmer i ämnet följ denna länk från https://phys.org/

Bild https://phys.org/ FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope) med dettas stora känslighet används det för att hitta bevis för förekomsten av nanohertz-gravitationsvågor. Upphovsman: NAOC för CAS

Det finns mindre av neutrinor i Vintergatan än det finns i andra galaxer

 

Citerat från vikipedia "Neutrinon är en elementarpartikel som tillhör familjen leptoner och saknar elektrisk laddning. Den har halvtaligt spinn (ℏ{\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {1}{2}}\hbar \end{matrix}}}) och är därför även en fermion. Neutrinon är universums mest (i antal) förekommande partikel. Neutrinon påvisades experimentellt 1956, vilket senare gav de amerikanska fysikerna Martin L. Perl och Frederick Reines nobelpriset i fysik" slut citat.

Högenergirika neutrinor med energi som är miljoner till miljarder gånger större än de som produceras genom de fusionsreaktioner som sker stjärnor, upptäcktes av IceCube Neutrino Observatory, en gigatondetektor som finns vid Amundsen-Scott South Pole Station. Detta observatorium byggdes av och drivs av National Science Foundation (NSF) med finansiering och stöd från de fjorton länder som är värdar och institutionella medlemmar i IceCube Collaboration. Denna unika detektor omfattar en kubikkilometer djup av antarktisk is med instrument bestående av mer än 5 000 ljussensorer. IceCube används som sökinstrument  efter tecken på högenergirika neutrinor från vår galax och bortom denna.

Som så ofta är fallet möjliggörs betydande genombrott inom vetenskapen av nya tekniska framsteg, beskriver Denise Caldwell, chef för NSF: s fysikavdelning. Funktionerna från den mycket känsliga IceCube-detektorn tillsammans med nya dataanalysverktyg har gett en helt ny bild av Vintergatan. Då dessa verktyg fortsätter att förfinas kan vi se fram emot att se den här bilden dyka upp med ständigt ökande upplösning vilket potentiellt avslöjar dolda funktioner i vår galax som aldrig tidigare setts av mänskligheten. Interaktioner mellan kosmisk strålning - högenergi protoner, tyngre kärnor, gas och damm ger både gammastrålar och neutrinor. Med tanke på observationen av gammastrålar i det galaktiska planet förväntades Vintergatan vara en källa till dessa högenergirika neutrinor.

Resultatet har nu mätts upp vilket bekräftar vad vi vet om våra galaxer och kosmiska strålkällor, beskriver Steve Sclafani, doktorand i fysik vid Drexel University, IceCube-medlem och de som ledde analysen. Sökandet fokuserade på södra stjärnhimlen då huvuddelen av neutrinoutsläpp från det galaktiska planet förväntades därifrån nära centrum av Vintergatan. Men hittills har bakgrunden av muoner och neutrinor som produceras genom kosmiska strålinteraktioner med jordens atmosfär inneburit betydande utmaningar. 

Därför utvecklade IceCube-medarbetare vid Drexel University analysmetoder som söker efter stora neutrinointeraktioner i isen på sydpolen då det resulterar i sfäriska ljusduschar. Den deponerade energin från dessa händelser i sydpolens is minskar föroreningen från atmosfäriska muoner och neutrinor. I slutändan gav därför händelsernas högre renhet och en bättre känslighet för astrofysiska neutrinor från södra himlen.

Det slutliga genombrottet kom dock från implementeringen av maskininlärningsmetoder utvecklade av IceCube-medarbetare vid TU Dortmund University, som förbättrar identifieringen av neutrinkaskader för att se varifrån de kommer och dess energirekonstruktion. Observationen av neutrinor från Vintergatan är ett kännetecken för det framväxande kritiska värdet som maskininlärning ger i dataanalys och händelserekonstruktion i IceCube.

De förbättrade metoderna gjorde det möjligt för oss att finna fler neutrinohändelser över en viss storleksordning med bättre vinkelrekonstruktion vilket resulterade i en analys  tre gånger känsligare än tidigare sökningar möjliggjort, skriver IceCube-medlem Mirco Hünnefeld, doktorand i TU Dortmund-fysik en av de som ledde analysen.

Datamängden som användes i studien inkluderade 60000 neutrinerspår som spänner över 10 års IceCube-data, 30 gånger mer händelser än som användes i en tidigare analys av det galaktiska planet med kaskadhändelser. Dessa neutriner jämfördes med tidigare publicerade förutsägelsekartor av platser på himlen där galaxen förväntades lysa av neutriner.

Kartorna inkluderade en extrapolering från FermiLarge Area Telescope av Vintergatan och två alternativa kartor identifierade som KRA-gamma av gruppen teoretiker som producerade dem. Att observera vår egen galax för första gången i partiklar istället för ljus är ett stort steg, beskriver Naoko Kurahashi Neilson, professor i fysik vid Drexel University. När neutrinoastronomin utvecklas kommer vi att ha en ny möjlighet att observera universum.

Observationen ovan av det galaktiska planet med IceCube gav djupgående konsekvenser i kunskap. Halzen och UW-Madison-kollegorna Ke Fang och Jay Gallaghers efterföljande analys av IceCube-resultatet indikerar att Vintergatan har tio till hundra gånger mindre neutrinoinnehåll än genomsnittet i andra galaxer. Detta kan vara en viktig ledtråd i sökningar efter lösningen av mysteriet om exakt var och hur högenergirik kosmisk strålning produceras i universum.

En implikation är att vår galax inte har varit värd för den typ av källa som producerade huvuddelen av högenergirika neutrinor under de senaste miljoner åren, beskriver Fang (IceCube samarbetspartner och biträdande professor vid UW-Madison) vilket är ungefär tiden sedan den senaste  större aktiviteten hos det svarta hålet i Vintergatan. Planerade och framtida uppföljningsanalyser av IceCube kommer att öka vår förståelse av partikelacceleratorerna i vår egen galax.

Med detta kan man möjligen anta att svarta hål kan vara källan till neutrinoutkast.

Bild vikpedia  Den första observationen av en neutrino i en bubbelkammare (1970). En neutrino kommer från höger, träffar en proton och tre laddade partiklar lämnar spår. En myon uppstår och lämnar det långa spåret till det övre vänstra hörnet; protonen lämnar det korta spåret snett uppåt; det tredje spåret är en pimeson som skapats i kollisionen.

Ljudet av gravitationsvågorna då två svarta hål sammanslås.

 

Efter 15 år av datainsamling i ett stort experiment har forskare för första gången "hört" det eviga ljudet av gravitationsvågor som krusar genom vårt universum och det är högre än man väntat. Upptäckten gjordes av forskare med hjälp av North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav) då man observerade stjärnor som kallas pulsarer vilka fungerar som himmelska metronomer. 

De nyligen upptäckta gravitationsvågorna - krusningar i rumtidens tyg - är överlägset de mest kraftfulla som någonsin uppmätts: De innehåller ungefär en miljon gånger mer energi än engångsutbrott av gravitationsvågor från svarta håls och neutronstjärnfusioner som upptäckts av  LIGO och Virgo. 

De flesta av de gigantiska gravitationsvågorna produceras troligen av par av supermassiva svarta hål som i spiraler dras samman för katastrofala kollisioner vilket sker överallt i kosmos, rapporterar NANOGrav-forskarna i en serie nya artiklar som publicerats i The Astrophysical Journal Letters.

Det är som en kör, med alla dessa supermassiva svarta hålpars rörelser  som hörs på olika frekvenser", säger NANOGrav-forskaren Chiara Mingarelli, som arbetade med de nya resultaten tillsammans med forskare vid Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics (CCA) i New York City.

Det är det första beviset någonsin av gravitationsvågbakgrundens ljud. Vi har öppnat ett nytt observationsfönster i universum. Gravitationsvågbakgrundens existens och sammansättning  var länge bara en teori och aldrig hörd. Resultatet är en skattkista till nya insikter i sedan länge långvariga frågor, från ödet för supermassiva svarta hålpar till frekvensen av ljud vid galaxsammanslagningar, beskriver Mingarelli.

För närvarande kan NANOGrav bara mäta den totala gravitationsvågbakgrunden och inte strålning från  enskilda "objekt" (menat dsom från ett enstaka svarta hål-pars sammanförande). Men även detta brus  medförde överraskningar.

Gravitationsvågbakgrundens ljud är ungefär dubbelt så högt som vad jag förväntade mig, skriver Mingarelli biträdande professor vid Yale University. Det är verkligen i den övre änden av vad våra modeller kan detektera från supermassiva svarta hål. Den öronbedövande volymen kan bero på experimentella begränsningar eller tyngre och större supermassiva svarta hål. Men det finns också möjligheten att något annat genererar kraftfulla gravitationsvågor, skriver Mingarelli, till exempel mekanismer som förutsägs av strängteorin eller alternativa förklaringar till universums födelse. Vad som upptäckts  härnäst vet ingen, beskriver hon. Det här är bara början på något nytt.

För mer utförlig och faktatyngd information om detta ämne och möjlighet att lyssna på det insamlade ljudet följ följande länk från https://phys.org 

Bild från  https://phys.org/  En konstnärs tolkning då ett par supermassiva svarta hål (överst till vänster) ger upphov till gravitationsvågor som krusningar genom rumtidens tyg. Dessa gravitationsvågor komprimerar och ger radiovågor som emitteras av pulsarer (vita). Genom att noggrant mäta radiovågorna gjorde ett team av forskare nyligen den första upptäckten av universums gravitationsvågbakgrund. Upphovsman: Aurore Simonnet för NANOGrav Collaboration.