Nästa generations rymdteleskop kan avbilda planeter i storlek som jorden

 

Sedan 1970 har NASA och ESA skjutit upp mer än 90 rymdteleskop i omloppsbana runt jorden 29 av dessa är ännu aktiva. Men under de kommande åren kommer ett växande antal markbaserade teleskop  att innehålla adaptiv optik (AO) som gör det möjligt att utföra banbrytande astronomi. Detta inkluderar studier av exoplaneter vilket nästa generations teleskop kommer att kunna observera direkt med hjälp av koronografer (ett instrument som används inom astronomin för att blockera starkt ljus, till exempel från solen för att möjliggöra observationer av ljussvagare objekt) och självjusterande speglar. Det kommer att göra det möjligt för astronomer att få spektra direkt av exoplaneters atmosfärer.

NASA utvecklar adaptiv optik genom sitt Deformable Mirror Technology-projekt, som utförs vid Jet Propulsion Laboratory vid Caltech och sponsras av NASA:s Astrophysics Division Strategic Astrophysics Technology (SAT) och NASA Small Business Innovation Research (SBIR) program. Forskningen leds av Dr. Eduardo Bendek från JPL och Dr. Tyler Groff från NASA:s Goddard Spaceflight Center (GSFC) – medordförande för arbetsgruppen DM Technology Roadmap – Boston Micromachines (BMC) grundare och VD Paul Bierden och Adaptive Optics Associates (AOX) programchef Kevin King.

För att finna livsmöjliga exoplaneter effektivt måste forskarna kunna observera dem direkt. Detta kallas  Direct Imaging-metoden, där astronomer studerar ljus som reflekteras direkt från en exoplanets atmosfär och/eller yta. Ljuset analyseras sedan med spektrometrar för att bestämma dess kemiska sammansättning vilket gör det möjligt för astronomer att begränsa vilka planeter som kan hysa liv. Tyvärr är det  ännu mycket svårt att hitta mindre stenplaneter som kretsar närma sin sol – där jordliknande planeter förväntas finnas om de ska kunna ha liv på sin yta. Svårigheten beror på  det överväldigande bländande ljuset från dessas sol.

Detta kommer att förändras med banbrytande rymdteleskop som James Webbteleskop vilket arbetar för fullt. Liksom nästa generations markbaserade teleskop som Extremely Large Telescope (ELT), Giant Magellan Telescope (GMT) och Thirty Meter Telescope (TMT). Markbaserade teleskop kommer att kombinera 30 meter långa primärspeglar, avancerade spektrometrar och coronografer (instrument som blockerar stjärnljus). Deformerbara speglar är en viktig komponent i en koronagraf eftersom de kan korrigera för bristerna i teleskop och ta bort eventuella kvarvarande stjärnljusföroreningar.

Deformerbara speglar (DM) förlitar sig på exakt kontrollerade pistolliknande ställdon för att ändra formen på en reflekterande spegel. För markbaserade teleskop tillåter DM  att justera den optiska vägen för inkommande ljus för att korrigera för externa störningar (som atmosfärisk turbulens),  optiska feljusteringar eller defekter i teleskopet. För rymdteleskop behöver DM inte korrigera för jordens atmosfär utan för mycket små optiska störningar som uppstår när rymdteleskopet och dess instrument värms upp och kyls ner i omloppsbanan. 

Markbaserade deformerbara speglar har testats och ger toppmodern prestanda, men ytterligare utveckling behövs för rymdbaserade DM:er vid framtida uppdrag. Två huvudsakliga DM-ställdonstekniker utvecklas för närvarande för rymduppdrag: elektrostriktiv teknik och elektrostatiskt tvingade mikroelektromekaniska system (MEMS). För den förstnämnda är ställdon mekaniskt anslutna till DM och kontrakterar för att modifiera spegelns yta när spänningar appliceras. Den senare består av spegelytor som deformeras av en elektrostatisk kraft mellan en elektrod och spegeln.

Flera NASA-sponsrade entreprenörsteam utvecklar DM-tekniken exempelvis MEMS DM tillverkade av Boston Micromachines Corporation (BMC) och Electrostrictive DM tillverkare av AOA Xinetics (AOX). Båda BMC-speglarna har testats under vakuumförhållanden och genomgått vibrationstester som sker vid uppskjutningar, medan AOX-speglarna också har vakuumtestats och kvalificerats för rymdfärder. Även om markbaserade DM har validerat tekniken – som BMC:s koronagrafinstrument vid Gemini-observatoriet – måste likväl åtgärder vidtas för att utvecklas för  DM i framtida rymdteleskop.

Bild https://astrobiology.com/ Modeller av tre mycket olika typer av jordlika planeter (täckta med land, hav eller en lika stor blandning av båda) Tre slag var och en påverkar deras klimat och  deras möjligheter för livsformer.

Upptäckten av två heta Jupiterstora exoplaneter kretsande runt varsin röd jättestjärna

 

Med hjälp av NASA:s Transiting Exoplanet SurveySatellite (TESS) h

 har ett internationellt team av astronomer upptäckt två "heta Jupiter"-exoplaneter. De utomjordiska världarna har fått beteckningarna TOI-4377 b och TOI-4551 b. De kretsar båda kring avlägsna röda jättestjärnor.

TESS sköts upp i april 2018 och genomför en kartläggning av cirka 200 000 av de ljusaste stjärnorna nära solen med syftet att söka efter exoplaneter som passerar, allt från små, steniga världar till gasformiga jättar. Hittills har man identifierat nästan 7 000 potentiella exoplaneter (TESS Objects of Interest, eller TOI), varav 402 hittills har bekräftats som exoplaneter.

En grupp astronomer under ledning av Filipe Pereira vid universitetet i Porto, Portugal, har nu bekräftat ytterligare två stycken som observerats av TESS (en exoplanet som bekräftats genom Tess har alltid en beteckning som börjar på bokstäverna TOI) . De identifierade en transitsignal i ljuskurvan i de röda jättestjärnorna TOI-4377 och TOI-4551 som finns 1 486 och 704 ljusår bort från oss. Den planetariska karaktären hos dessa signaler verifierades genom uppföljande radialhastighetsobservationer med markbaserade teleskop.

TOI-4377 b har en radie av cirka 1,35 Jupiterradie och en massa av cirka 0,96 Jupitermassor vilket ger en densitet av 0,88 g/cm3. Planeten kretsar ett varv runt sin stjärna var 4,38:e dag på ett avstånd av 0,058 AE (1 AE är avståndet solen-Jorden).

När det gäller TOI-4551 b är dess radie cirka 6 % större än Jupiters och dess massa uppskattas till 1,49 Jupitermassor. Planetens densitet beräknas till 1,74 g/cm3. Observationerna visar att TOI-4551 b har en omloppstid på cirka 10 dygn och har ett avstånd från sin sol på 0,1 AE.

Stjärnorna TOI-4377 och TOI-4551 har en massa på 1,36 respektive 1,31 solmassor. De är båda cirka 3,5 gånger större än solen och har temperaturer på nästan ca 4700 C. TOI-4377 uppskattas vara 3,88 miljarder år gammal, medan TOI-4551 är cirka 1 miljard år äldre.

Upptäckten rapporterades den 8 november 2023 i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Bild vikipedia på en röd jättestjärna. Om 5 miljarder år blir Solen en röd jätte och kommer att expandera till ca 250 gånger sin nuvarande storlek. De innersta planeterna, Merkurius, Venus och Jorden, kommer att slukas.

En ung galax innehållande en mängd av metaller.

 

Astrofysiker som arbetat med JWST(James Webb teleskopet) har hittat en överraskande mängd metall i en ung galax bara 350 miljoner år efter Big Bang.

Ursprunget till universums första metaller är en grundläggande fråga inom astrofysiken. Strax efter Big Bang bestod universum nästan helt av väte det enklaste av grundämnena. Det fanns även lite helium, något litium och möjligen en oändligt liten mängd beryllium. I grundämnenas periodiska system är dessa de fyra första.

Inom astronofysiken kallas alla grundämnen tyngre än väte och helium för metaller. Metaller produceras i stjärnor och ingen annanstans (förutom den lilla mängd som producerades vid Big Bang). Att spåra bildandet av universums metaller från Big Bang till idag är ett av astrofysikens grundläggande strävanden.

Ett forskarlag som arbetar med JADES-observationer (Advanced Deep Extragalactic Survey) upptäckte att galaxen innehåller kol. Eventuellt även syre och neon alla klassade som metaller inom astrofysiken. Resultaten presenterades i en  artikel med titeln "JADES: Carbon enrichment 350 Myr after the Big Bang in a gas-rich galaxy". Huvudförfattare är Francesco D'Eugenio, postdoktoral astrofysiker vid Kavliinstitutet för kosmologi i Cambridge.

De första stjärnorna som bildades i universum kallas Population III-stjärnor (stjärnor uppbyggda helt utan metaller) . De är de äldsta stjärnorna och de var massiva, lysande och heta, och innehöll nästan ingen metall. Den lilla mängd metaller de innehöll kom från de första supernovorna.

Mycket av vår kunskap om Population III-stjärnor är teoretisk eftersom dessa uråldriga stjärnor, i sina uråldriga galaxer, är extremt svåra att observera. Men JWST (Webbteleskopet) är dock kapabel till det. Teleskopet kan inte urskilja enskilda stjärnor, men dess kraftfulla instrument NIRSpec kan upptäcka olika grundämnen i galaxer med hjälp av dess avslöjande ljussignaturer.

Är det verkligen kol i stjärnorna i denna avlägsna, uråldriga galax eller kan det vara något annat som upptäckts? Den uråldriga galaxen har mer än bara stjärnor. Här finns även ett supermassivt svart hål (SMBH). När en SMBH livnär sig på materia kan den blossa upp starkt som en aktiv galaxkärna (AGN. (Asymptotic Giant Branch)) Den ljussignalen kan vara vad JWST ser.

Det finns en annan potentiell källa till kol i galaxer. De är AGB-stjärnor – asymptotiska jättestjärnor. AGB-stjärnor är inte stora explosiva stjärnor som supernovornas föregångare är utan stora stjärnor som har lämnat huvudserien. Jämfört med supernovor som producerar mycket tunga metaller producerar AGB-stjärnor bara lite metaller.

Men det tar lång tid för en stjärna att utvecklas till en AGB-stjärna. När universum bara var 350 miljoner år gammalt hade inga stjärnor funnits tillräckligt länge för att bli AGB stjärnor. AGB-stjärnor kan inte bidra till kolanrikning under dessa tidiga epoker, skriver författarna.

Forskarna rapporterar att kol har upptäckts men kan inte säga exakt var det kommer ifrån. De kan vara arvet från den första generationen supernovor från Population III:s förfäder", skriver de.  Trots all observationstid kan forskarna bara komma fram till preliminära förklaringar till de metaller de upptäckt. Det är inte särskilt praktiskt att använda hela 65 timmars JWST-tid för att studera galaxspektroskopi, men det är vad JWST behöver göra för att få en exakt spektroskopi. Vi får se om denna tid ges i Webbteleskopets agenda där lång tid framåt är fulltecknat.

Bild pxhere.com

Risken för att jorden bombarderas av solstormar är just nu hög.

 

Ett av de största solfläcksområdena som setts på mer än ett decennium har dykt upp på solens sida mot jorden och i områdena sker en störtflod av solstormar som skakar om solens yta. Solfläckarnas stora uppkomst kan ge några intressanta veckor på jorden som snart kommer att befinna sig i skottlinjen för dessa eruptiva mörka fläckar.

Den första solfläcksgruppen som upptäcktes kallad AR3490, roterade på solens sida mot jorden den 18 november. Den mörka fläcken följdes snabbt av en annan solfläcksgrupp, AR3491, rapporterades från https://spaceweather.com

Forskarna visste redan att solfläcksgruppernas eruptioner var på väg eftersom de hade spårat "helioseismiska skakningar", så kallade krusningar på solens yta, från området beskrev Spaceweather.com representanter.

Sedan uppkomsten har solfläcksgrupperna splittrats och gett upphov till nya mörka fläckar, AR3492, AR3495, AR3496 och AR3497 som nu gett en "solarkipelag av solfläckar", rapporterade astronominyhetssajten EarthSky.

Totalt sträcker sig den massiva samlingen av solfläckar över cirka 125 000 kilometer på solens yta vilket är mer än 200 gånger större yta än jordens diameter, enligt Spaceweather.com. Solfläckarna har redan spottat ut minst 16 solstormar av C-klass och 3 M-klass – som är de tredje respektive näst starkaste utbrottsklasserna i skalan enligt SpaceWeatherLive.com.

Experter varnar för att det kan bli många fler av dessa utbrott under de närmaste veckorna, liksom potentiellt X-klass flares (den starkaste typen av soleruption).

De förestående utbrotten kan ge upphov till koronamassutkastningar (CME), eller enorma klumpar av laddade solpartiklar som kan smälla in i jordens atmosfär och utlösa starka geomagnetiska stormar vilket kan orsaka radioavbrott, internetfall och utlösa livfulla norrsken. Solfläckarnas uppkomst är det senaste tecknet på att solen snabbt närmar sig den explosiva toppen i sin cirka 11-åriga solcykel (solmaximum) som forskare förutspår kommer att ske under 2014.

Bild https://www.livescience.com/ En "solfläcksskärgård" som är bredare än 15 jordklot som nyligen blev synlig på solens sida mot jorden. De mörka fläckarna kan spotta ut solstormar i riktning mot oss. (Bildkredit: NASA/SDO/HMI)

Be-stjärnor ( oftast dubbelstjärnor) kan istället vara Trippelstjärnor

 

En Be-stjärna, eller B[e]-stjärna, är en stjärna av spektraltyp B med emissionslinjer i normalt ej vanliga våglängder (Balmer-emissionslinjer). Beteckningen kommer ifrån spektraltypen där B anger den primära klassen, e anger emissionslinjer och hakparenteserna anger ovanliga våglängder.  Be-stjärnor med unika emissionslinjer uppträder bara under vissa tillfällen. 

PhD student Jonathan Dodd och Professor René Oudmaijer, from the University’s School of Physics and Astronomy i Edinburgh visar spännande nya bevis för att massiva Be-stjärnor – som hittills främst ansetts existera som dubbelstjärnor kan vara "trippelstjärnor.

Den anmärkningsvärda upptäckten kan revolutionera  förståelsen av objekten. Be-stjärnor är omgivna av en karakteristisk skiva bestående av gas  som liknar  Saturnus ringar. Men även om Be-stjärnor har varit kända i cirka 150 år har ingen hittills förstått hur dessa skiva bildas.

Konsensus bland astronomer har hittills varit att skivorna bildas genom Be-stjärnornas snabba rotation och  av att stjärnorna växelverkar med en annan stjärna som ett dubbelstjärnsystem.

Genom att analysera data från den europeiska rymdorganisationen ESA:s Gaia-satellit, beskriver forskarna att de nu har hittat bevis för att dessa stjärnor istället för dubbelstjärnor är trippelsystem –tre stjärnor som interagerar i stället för som tidigare antagits som dubbelstjärnsystem.

De observerade hur stjärnorna rörde sig över natthimlen under perioder av 10 år och även kortare perioder på cirka sex månader. Om en stjärna rör sig i en rak linje vet vi att det  är en stjärna men om det finns fler än en ses en liten vinglig- eller en spiralrörelse.

Vi tillämpade detta på de två grupper av stjärnor som vi såg på – B-stjärnor och Be-stjärnor – och vad vi upptäckte var att det till en början ser ut som att Be-stjärnor har en lägre grad av följeslagare (dubbelstjärnkonstellation)  än B-stjärnorna. Det är intressant eftersom vi förväntar oss att de ska ha en högre grad av detta istället, beskriver ledaren i forskningen till studien Prof Oudmaijer och tillägger: "Det faktum att vi inte ser dem kan bero på att följestjärnan (orna)  är för svaglysande för att upptäckas. Forskarna tittade sedan på en annan uppsättning data och letade efter stjärnor som ligger längre bort och fann att vid dessa större separationer är frekvensen av kompanjonstjärnor mycket likartad mellan B- och Be-stjärnorna.

Från detta kunde de dra slutsatsen att det i många fall inte bara är en extra stjärna som upptäckts utan även en tredje stjärna kommer in i bilden vilket tvingar en av dessa följeslagare närmare den ena av Be-stjärnorna i konstellationen – tillräckligt nära för att massa ska kunna överföras från den ena till den andra och bilda den karakteristiska Be-stjärnskivan. Detta kan också förklara varför vi inte ser dessa följeslagare då förklaringen är att de är för små och därmed svaga i sitt sken för att upptäckas efter att Be-stjärnan har sugit in mycket av dess massa.

Upptäckten kan få stor betydelse i andra delar av astronomin – bland annat vår förståelse av svarta hål, neutronstjärnor och gravitationsvågskällor.

Bild vikipedia på Be-stjärnan Achernar i stjärnbilden Eridanus, utplattad av sin extremt snabba rotation.

Den vulkaniska aktivitetens ursprung på månen Io

 

Io är i storleksordning den tredje största av Jupiters månar och den som finns närmst Jupiter av dennas 92 månar (ev har antalet uppräknats nu).

Ett team av vulkanologer och planetforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, University of Arizona och Arizona State University har nyligen skapat en ny bild av Ios vulkaniska aktivitet och då funnit att dess tidvattenuppvärmning sannolikt är koncentrerad till dess övre mantel. Studien som publicerats i tidskriften Nature Astronomy behandlar analyserad data från sensorer som mäter värmeavgivning från Io.

Tidigare forskning har antytt att Io är det mest vulkaniskt aktiva objektet i solsystemet. Dess yta är täckt av kaldera (kaldera är en stor kittelformad fördjupning i jordskorpan som skapas då en vulkan med flera kilometer stor diameter kollapsar) och röda floder av smält sten. Forskare söker ännu källan till värmen som driver denna aktivitet men har inte kunnat hitta säkra bevis på vad det är som sker.

De har länge förespått att källan kommer från Jupiters gravitation då den utövar en förändrad dragningskraft på månen (tidvatteneffekt) på grund av förändringar i månens avstånd till planeten i sin bana. Detta resulterar i friktion i månens steniga material bode teoretiskt då resultera i värmeproduktion. Vad forskare inte vetat tills nu är om värmen kommer djupt inifrån månen eller närmare dess yta. I den nya studien beskriver forskarna bevis som tyder på att det är det senare.

År 2016 kretsade sonden Juno  runt Jupiters poler vilket gav forskare ett sätt att lära sig mer om värmen som kommer från Io:s poler. Forskargruppen kunde då kombinera nya data med gamla och skapa en global värmekarta av hela Io.

De kunde kartlägga 266 vulkaniska hotspots och fann att månen avgav 60 procent mer värme längs sina lägre breddgrader än sina högre breddgrader – en egenskap som tyder på att värmen som är ansvarig för mycket av den vulkaniska aktiviteten finns strax under ytan. Om så säkert kan bevisas föreslår forskarna att det kan betyda att Io har en mjuk övre mantel eller till och med ett smält mineralhav under ytan.

Bild vikipedia Aktiva lavaflöden i den vulkaniska regionen Tvashtar Paterae. Bilderna tagna av sonden Galileo i november 1999 och februari 2000.

Dvärgplaneterna Eris och Pluto är inte likartat bildade

 

Eris är den näst största av dvärgplaneterna. Störst är Pluto. Båda är steniga världar som ligger långt ut i det yttre av solsystemet i Kuiperbältet bortanför Neptunus. Det finns yttre likheter mellan dem. Men forskare vid University of California Santa Cruz beskrev den 2 november 15 att Eris och Pluto sannolikt har olikt uppbyggda kärnor. Något som tyder att de två världarna gått evolutionärt skilda vägar.

Dysnomia är den enda kända månen runt Eris. Charon är den största av Plutos fem kända månar. Månarna kretsar samordnat runt sina dvärgplaneter.

Både Pluto och Charon – och förmodligen också Eris och Dysnomia – är ömsesidigt låsta i en tidvatteneffekt. Vi vet med säkerhet att Pluto och Charon har ett gemensamt förflutet och det stämmer troligen för Eris och Dysnomia också. 

Om detta är sant, säger forskarna, måste båda dvärgplaneterna ha bromsat sin rotation – för att bli synkroniserade med sina månar (genom tidvatteneffekt).

Men det finns en skillnad mellan dessa  dvärgplanetsystem. Eris är mycket massivare än Dysnomia medan Pluto och Charon är mer likartade i massa. Så hur kunde då Eris och Dysnomia uppnå synkronicitet så relativt snabbt? Man skulle kunna förvänta sig – under vårt solsystems historia – att Eris, precis som jorden inte skulle ha haft tid till hamna i ett ömsesidigt tidvattenlås med sin måne. Forskarna använde en datormodell som undersökte skilda möjligheter  på tidvattenuppvärmning för var och en. Deras modell antydde att Eris inre blev hetare tidigare än Plutos.

Och – enligt den nya studien – är det den tidiga upphettningen av Eris inre som är nyckeln till dess synkrona omloppsbana med sin måne. Isskalet runt den steniga kärnan skulle ha varit varmare och mindre trögflytande än Plutos. Isskalet skulle alltså överföra inre värme genom konvektion i stället för genom ledning som på Pluto.

Med andra ord kan värmen inuti Eris ha försvunnit snabbare mot ytan än på Pluto. Och detta faktum kan ha gjort att den saktade ner sin rotation snabbare än Pluto. Det finns också möjlighet till att det finns ett vattenhav under det yttre isskalet på Eris. Och hur otroligt det än låter finns det preliminära bevis för ett sådant hav på Pluto, tack vare NASA:s rymdfarkost New Horizons datainsamling då denna susade förbi Pluto och dess månar 2015.

Forskarna publicerade sina resultat i Science Advances den 15 november.  

Bild vikipedia Skisserna visar Eris (blå) omloppsbana jämförd med Saturnus, Uranus, Neptunus och Pluto (vit/grå). Bandelarna under ekliptikan är ritad i mörkare färger och de röda punkterna är Solen. Bilden till vänster är sedd från en pol, medan bilderna till höger är olika utsikter från ekliptikan.