En stor planet vid en liten sol

 

I en artikel publicerad online den 30 november i tidskriften Science, beskriver forskare upptäckten av en planet som är mer än 13 gånger massivare än jorden runt den "svala" stjärnan röda dvärgstjärnan LHS 3154 vilken finns  50 ljusår från oss i riktning mot stjärnbilden Herkules. LHS 3154 är nio gånger mindre massiv än solen. Massförhållandet mellan planeten och dess sol är mer än 100 gånger större än jorden till vår sol.

Upptäckten avslöjar den tyngsta kända planeten i nära omloppsbana runt en sval dvärgstjärna en dvärgstjärna som visade sig vara en av de minst massiva och svalaste stjärnorna som upptäckts. Upptäckten går stick i stäv med vad nuvarande teori säger om planetbildning runt små stjärnor och visar för första gången en planet med så stor massa kring en stjärna med så låg massa.

Upptäckten visar hur lite vi vet om universum, beskriver Suvrath Mahadevan, professor i astronomi och astrofysik vid Penn State University och medförfattare till artikeln. Vi hade inte förväntat oss att en planet med så hög densitet i bana runt en stjärna med så låg densitet som LHS 3154 skulle existera. Han beskriver hur stjärnor bildas i stora moln av gas och stoft (så kallade proplanetära skivor). Efter att stjärnan har bildats finns gas och stoft kvar som protoplanetära skivor bestående av gas och damm som kretsar kring den nya stjärnan av vilket det så småningom genom gravitation utvecklas planeter.

Skivan bestående av gas och damm runt stjärnan LHS 3154 som kvarstod efter stjärnans bildande förväntades inte ha tillräckligt med fast massa för att skapa en planet så stor och med så hög massa som  LHS 3154b , beskriver Mahadevan. Men den finns så nu måste vi ompröva vår förståelse av hur planeter och stjärnor bildas, beskriver han.

Kan det vara så att det fanns mer i denna kvarstående protoplanetära skiva  än vad forskare ansett borde finnas kvar men att det inte finns en gräns för detta varken uppåt eller neråt?

Forskarna upptäckte den överdimensionerade planeten med hjälp av en astronomisk spektrograf byggd vid Penn State av ett forskarlag under ledning av Mahadevan. Instrumentet kallas Habitable Zone Planet Finder eller HPF och finns beläget vid Hobby-Eberly-teleskopet vid McDonald-observatoriet i Texas. Instrumentet ger några av de mest exakta mätningarna hittills av detta slag av infraröda signaler från närliggande stjärnor.

Även om sådana planeter som LHS 3154b  är mycket svåra att upptäcka runt stjärnor som vår sol innebär den låga temperaturen hos svala stjärnor att de här lättare kan upptäckas och att planeter nära svala stjärnor kan ha flytande vatten på sin yta fast de ligger mycket närmare sin sol i förhållande till jorden och solen. Detta kortare avstånd mellan dessa planeter och dess sol i kombination med den låga massan hos de ultrasvala stjärnorna resulterar i en detekterbar signal som tillkännager planetens närvaro som vi kan upptäcka, beskriver Mahadevan.

Bild från https://www.psu.edu  Konstnärlig återgivning av hur det kan se ut vid LHS 3154b och dess dvärgsol. Med tanke på exoplanetens stora massa har LHS 3154b troligen en Neptunusliknande sammansättning. Upphovsman: Penn State / Penn State.

Något kretsar kring Vintergatans centrala svarta hål och skjuter kraftfull strålning mot jorden var 76:e minut

 

Något i närheten av det supermassiva svarta hålet i Vintergatans centrum avfyrar regelbundna utkast av högenergirik gammastrålning mot jorden och forskarna har nu en teori om vad det är.

I ny icke-referentgranskad forskningsrapport som publicerats på preprintservern arXiv drar en duo astrofysiker vid National Autonomous University of Mexico slutsatsen att strålningsutbrotten kommer frånen gasklump som snurrar runt det svarta hålet med nästan en tredjedel av ljusets hastighet. Forskarlagets upptäckt kan lösa ett mysterium om Vintergatans centrala svarta hål – formellt kallat Sagittarius A* (Sgr A*) beläget cirka 26 700 ljusår från jorden som har förbryllat astronomer under de senaste två åren.

Med hjälp av data från rymdteleskopet Fermi Gamma-ray Space Telescope som samlats in mellan juni och december 2022 ville forskarna ta reda på ursprunget till dessa gammastrålutkast. 

Duon sökte i  offentligt tillgänglig Fermi-data efter mönster av periodicitet och riktningen  gammastrålningen kom från. De fann att pulserna kom i närområdet från Sgr A* med ett intervall av ungefär var 76,32:e minut. Denna emissionsperiod är hälften av tiden mellan pulser av röntgenstrålning som också kommer från närområdet av Vintergatans svarta hål vilket tyder på att de två emissionerna är i harmoni och sannolikt är relaterade till varandra.

Relaterandet av röntgen och gammastrålning pekar mot en enda fysikalisk mekanism som producerar den, skriver forskarlaget i artikeln. Det avslöjar av vad forskarna kallar en "unik oscillerande fysisk mekanism" som ledde till slutsatsen att både gammastrålningen och röntgenstrålningen kommer från en gasklump som virvlar runt Sgr A* med cirka 30 % av ljusets hastighet - eller cirka 200 miljoner mph (320 miljoner km/h). De tror att denna snabbt roterande klump av gasmateria sänder ut ljus över flera våglängder av strålning när den virvlar runt Sgr A* och blossar upp med jämna mellanrum i sin omloppsbana runt det svarta hålet.

Upptäckten kan ge forskarna en bättre förståelse för miljöerna runt supermassiva svarta hål, särskilt mindre glupska exempel, som det i Vintergatans centrum.

Bild vikipedia Bild av Sagittarius A i vintergatans centrum, publicerad av Event Horizon Telescope 12 maj 2022.[

Att planeter lutar i sin bana är vanligare än vi trott

 

Astronomer har länge antagit att planeter med lutade, vinklade banor – banor som inte ligger i linje med sin sols rotationsaxel beror på något kosmiskt fenomen som exempelvis att närliggande stjärnor planeter påverkar banan (troligen genom gravitation eller än troligare tidvatteneffekt föreslår jag något som verkar mer vanligt i  äldre solsystem än man ansett tidigare).

En ny Yale-ledd studie publicerad i The Astronomical Journal tyder på att det är vanligt. I studien har en internationell forskargrupp ledd av Yale-astronomen Malena Rice genomfört en omfattande analys av solsystem med flera planeter där planeternas banor har förblivit relativt ostörda sedan de bildades.

Den här typen av konfiguration, där en planets omloppsbana är exakt ordnad med en annan i ett exakt heltalsförhållande av omloppsperioder, är sannolikt vanlig att hitta i ett solsystem tidigt under dess utveckling, beskriver Rice, biträdande professor i astronomi vid Yales fakultet för konst och vetenskap och huvudförfattare till studien.

Det är en fantastisk konfiguration – men det är bara en liten andel av systemen som behåller den, skriver hon.

Och även i dessa solsystem, fann Rice och hennes medförfattare att planeter kan ha en banlutning på upp till 20 grader.

Forskarna började sitt arbete med att mäta den lutande banan för TOI-2202 b, en "het Jupiter"-planet cirka 770 ljusår från oss i solsystemet TOI-2202 . En het Jupiter är en planet som är mycket större än jorden oftast med en betydligt kortare omloppstid runt sin sol än jordens 365 dygn.

Forskarna jämförde TOI-2202 b:s omloppsbana med omloppsdata från  inventeringen av liknande planeter som hittats i NASA:s Exoplanet Archive. Satt i detta större sammanhang var en typisk lutning på så mycket som upp till 20 grader för planeter vanligt. TOI-2202 b:s slutning är 20 grader.

Rice beskriver att upptäckten ger värdefull information om solsystems tidiga utveckling och säger något viktigt även om jordens och vårt solsystem att en liten lutning av en planet är en vanligdel i kursen runt solen.

Det är betryggande, skriver Rice och tillägger att det säger oss att vi inte lever i ett konstigt solsystem. Det här är verkligen som att titta på oss själva i en lustig spegel och se hur vi passar in i den större bilden av universum.

Den nya studien hjälper Rice i hennes strävan att förstå "heta" Jupiter-solsystem, system som innehåller gasjättar som liknar Jupiter, men med mycket korta omloppstider runt sin sol.

Jag försöker ta reda på varför system med heta Jupitrar fick så extremt lutande banor, beskriver  Rice. För att ta reda på det måste jag först ta reda på vilka typer av solsystem som inte är så dramatiskt lutade.

Den nya studien är den åttonde från kartläggningen Stellar Obliquities in Long-period Exoplanet Systems (SOLES), som grundades av Rice och leddes tillsammans med Songhu Wang, tidigare postdoktor vid Yale och numera verksam vid Indiana University och medförfattare till den nya studien. Ytterligare medförfattare inkluderar forskare från Belgien, Spanien, Chile, Australien och USA.

Bild vikipedia Jorden vid säsongsbetonade punkter i sin omloppsbana (ej skalenligt)

Detta består asteroiden Phaethon av.

 

Asteroiden Phaethon är fem kilometer i diameter. Den har länge förbryllat forskarna då en kometliknande svans är synlig under några dagar när asteroiden passerar som närmst solen under sin omloppsbana.

Kometers svansar bildas vanligtvis genom förångning av is och koldioxid vilket inte kan förklara denna svans.

När ytskiktet på en asteroid bryts upp fortsätter det lossnade gruset och stoftet att färdas i samma omloppsbana och ger upphov till en hop av stjärnfall när kommer nära jorden. Phaethon orsakar meteorregnet Geminiderna som dyker varje år i mitten av december.

Fram tills nu har teorierna om vad som händer på Phaethons yta när den kommer nära solen varit rent hypotetiska. Vad lossnar från asteroiden? Hur? Svaret på gåtan hittades genom att förstå sammansättningen av Phaethon. I en ny studie publicerad i tidskriften Nature Astronomy av forskare från Helsingfors universitet analyseras det infraröda spektrumet från Phaethon som tidigare uppmätts av NASA:s rymdteleskop Spitzer.

Forskarna fann att Phaethons spektrum exakt motsvarar en viss typ av meteorit, den så kallade CY-kolhaltiga kondriten. Det är en mycket sällsynt typ av meteorit endast sex exemplar är kända. Analysen av Phaethons infraröda spektrum visade att asteroiden bestod av åtminstone olivin, karbonater, järnsulfider och oxidmineraler. Alla dessa mineraler stödde kopplingen till CY-meteoriterna särskilt järnsulfid. Karbonaterna tydde på förändringar i vattenhalten som passade den primitiva sammansättningen, medan olivinet är en produkt av termisk nedbrytning av fyllosilikater vid extrema temperaturer.

I forskningen gick det att med termisk modellering visa vilka temperaturer som råder på asteroidens yta och när vissa mineral bryts ner och frigör gaser. När Phaethon passerar nära solen stiger dess yttemperatur till cirka 800 °C. CY-meteoritgruppen passar bra in på detta. Vid liknande temperaturer producerar karbonater koldioxid och fyllosilikater släpper ut vattenånga och sulfider svavelgas.

Enligt studien verkar alla mineraler som identifierats på Phaethon motsvara mineralerna i meteoriter av CY-typ. De enda undantagen var oxiderna portlandit och brucit dessa har inte upptäcktes i meteoriterna av Cy-typ (men kan finnas i dessa). Dessa mineraler kan dock bildas när karbonater värms upp och förstörs i närvaro av vattenånga. Natriumutsläpp kan förklara den svaga svans som observeras från Phaethon då den närmar sig nära solen och termisk nedbrytning kan förklara hur stoft och grus frigörs från Phaethon, beskriver studiens huvudförfattare, doktor Eric MacLennan vid Helsingfors universitet.

Det var fantastiskt att se hur vart och ett av de upptäckta mineralerna verkade falla på plats och även förklara asteroidens beteende, sammanfattade biträdande professor Mikael Granvik från Helsingfors universitet i studien.

Bild vikipedia som visar den elliptiska banan för (3200). Phaethon korsar Mars, Jordens, Venus och Merkurius banor.

Tidigare okänt stjärnsystem upptäckt i Vintergatans utkant

 

KiDS (Kilo-Degree Survey) är en omfattande fotometrisk kartläggning av vintergatan som använder kartläggningsteleskopet VLT Survey Telescope (VST) vid ESO:s Paranalobservatorium i Chile. Sedan 2011 har kartläggningen kartlagt 1 350 kvadratgrader av natthimlen i fyra bredbandsfilter (u, g, r, i). Även om KiDS är inriktad på att sätta ihop storskaliga strukturer i universum, kan det också upptäcka stjärnsystem med låg ljusstyrka.

Astronomer har nu under ledning av Massimiliano Gatto vid Capodimontes astronomiska observatorium i Neapel, Italien, genomfört en storskalig sökning efter okända ljussvaga stjärnsystem med hjälp av KiDS. De  letade  efter stjärnöverdensiteter med låg luminositet i KiDS senaste datasläpp (DR4) vilket gav lovande resultat.

Vi rapporterar om upptäckten av en betydande och kompakt övertäthet av gamla och metallfattiga stjärnor i KiDS-kartläggningen (data release 4)", beskriver forskarna i en artikel i tidskriften: arXiv    

Forskarlaget identifierade en mycket lovande övertäthet av stjärnor i stjärnbilden Sextanten med en absolut integrerad magnitud på -3,9. Uppföljande observationer av denna överdensitet med det 8,2 meter stora Subaruteleskopet bekräftade att detta är ett stjärnsystem cirka 473 000 ljusår bort från oss.

Astronomerna döpte först det nyfunna systemet till KiDS-UFD-1 därefter till Sextans II. De insamlade uppgifterna tyder på att Sextans II är relativt liten, med en halvljusradie av cirka 629 ljusår, medan dess massa uppskattas till 4 910 solmassor. Systemet har en metallicitet av -1,5 dex, ellipticitet på 0,46 och är minst 10 miljarder år gammalt.

Enligt artikelförfattarna tyder analysen på att Sextans II är ett gammalt och metallfattigt stjärnsystem. Gattos forskarlag drog slutsatsen att det nyupptäckta stjärnsystemet är en ljussvag sfäriskt formad stjärngrupp till Vintergatan troligen en ultrasvag dvärggalax (UFD). I allmänhet är UFD:er de minst ljusstarka och mörk materia-dominerade och minst kemiskt utvecklade galaxerna vi känner till.

Forskarna utesluter dock inte möjligheten att Sextans II istället är  en klotformig stjärnhop (och ej en dvärggalax) och tillägger att ytterligare undersökningar av detta system behövs för att bekräfta dess sanna natur.

Bild vikipedia. En karta över Vintergatan med stjärnbilderna som korsar det galaktiska planet i varje riktning och de kända framträdande komponenterna med kommentarer inklusive huvudarmar, sporrar, stavar, kärna/utbuktning, anmärkningsvärda nebulosor och klotformiga stjärnhopar.

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.