Ljusstarka galaxer och mörk materia

 

De första galaxerna tros ha bildats när gravitationen från mörk materia långsamt drog samman tillräckligt med väte och helium för att stjärnor skulle kunna bildas och antändas.

Men nu har ny forskning under ledning av astrofysiker vid UCLA (University of California, Los Angeles) visat att väte- och heliumgasen efter Big Bang studsade i överljudsfart mot täta, långsamt rörliga klumpar av kall mörk materia. När gasen därefter avstannade sin rörelse årtusenden senare bildades stjärnor och som i sin tur bildade små, exceptionellt ljusstarka galaxer.

Om denna modell av kall mörk materia är korrekt borde James Webb Space Telescope kunna hitta fläckar av ljusstarka galaxer i det tidiga universum, vilket skulle kunna möjliggöra det första effektiva testet av dagens teori om mörk materia. Om Webb finner fläckarna måste forskarna utarbeta nya teorier om mörk materia.

Den nya forskningen som resulterat i ovan teori publiceras nyligen i The Astrophysical Journal Letters och den tidigare teorin om mörk materia förbättras genom datasimuleringar genom att lägga till växelverkan mellan mörk materia och gas och finner att det som man ansett första ljussvaga galaxerna kan ha varit mycket ljusare än väntat i början av universums historia i dess bildande. Författarna till studien föreslår att man nu bör försöka hitta små galaxer som är mycket ljusstarkare än förväntat med hjälp av teleskop som Webb-teleskopet. Om de däremot endast hittar ljussvaga galaxer kan en del av deras idéer om mörk materia vara felaktiga.

Mörk materia är en typ av hypotetisk materia som inte växelverkar med elektromagnetism eller ljus. Således är det omöjligt att observera med hjälp av optik, elektricitet eller magnetism. Men mörk materia växelverkar med gravitationen och dess närvaro har härletts från de gravitationella effekter den har på vanlig materia. Vanlig materia utgör hela det observerbara universum. Men tots att 84 procent av all materia i universum tros bestå av mörk materia (ej synlig materia) har den aldrig upptäckts direkt.

Bild https://newsroom.ucla.edu/ En sammansättning av Stephans kvintett, en visuell gruppering av fem galaxer, konstruerad av nästan 1 000 separata bildfiler från James Webb Space Telescope. Astrofysiker vid UCLA tror att om teorierna om kall mörk materia är korrekta, borde Webb-teleskopet hitta små, ljusstarka galaxer i det tidiga universum.

Galaxparet Arp 271 och förvrängningen av gravitation

 

Galaxen NGC 5427 ses  i bilden ovan som är tagen av NASA:s rymdteleskop Hubble. Galaxen ingår i galaxparet Arp 271 dess följeslagare NGC 5426 befinner sig under NGC 5427 och utanför bilden. Effekterna från parets gravitationskrafter är synliga genom  galaxens förvrängning som skapat den kosmiska bron av stjärnor som ses i den nedre högra delen av bilden.

Redan 1785 upptäcktes galaxparet av den brittiske astronomen William Herschel. Arp 271 är låst i en växelverkan galaxerna emellan som kommer att pågå i tiotals miljoner år till. Kanske de slutligen kommer att kollidera och sammanfogas till en enda galax. Men hittills har  deras ömsesidiga gravitationskrafter gett upphov till många nya stjärnor.

Dessa unga stjärnor är synliga i den ljussvaga bron som förbinder de två galaxerna och som ses längst ner i bilden. En sådan bro ger de två galaxerna möjlighet att fortsätta dela på den gas och det stoft som blir till nya stjärnor. Forskare tror att Arp 271 kan fungera som en ritning för vad som sker i den framtida sammanslagning mellan vår Vintergata och vår granne Andromedagalaxen, som förväntas ske om cirka 4 miljarder år.

Bild https://science.nasa.gov/ Galaxen NGC 5427 ses i den stora bilden tagen av Hubbleteleskopet, där markbaserade observationer visar även dess följeslagare NGC 5426. Detta galaxpar kallas Arp 271. Marktagen bild: DECam Victor M. Blanco/CTIO; Hubble-bild: NASA, ESA och R. Foley (University of California – Santa Cruz); Bearbetning: Gladys Kober (NASA/Catholic University of America)

Den hittills mest omfattande studien över långsamt uppbyggande av solstormar

 

Solstormar uppstår när magnetrik energi byggs upp i solens atmosfär och frigörs som elektromagnetisk strålning. Flares varar allt från några minuter till några timmar och når ofta temperaturer runt 999700 Celcius. På grund av sin intensiva elektromagnetiska energi kan solstormar orsaka störningar i radiokommunikation, satelliter i omloppsbana runt jorden och strömavbrott på jorden.

 I en ny artikel i Solar Physics har ett team under ledning av astrofysikdoktorand Aravind Bharathi Valluvan vid UC San Diego, visat att det sker en betydande mängd utbrott av långsamt slag som är värda att studera närmare.

Förhållandet mellan bredd och sönderfall för en flare är den tid det tar att nå maximal intensitet till den tid det tar för energin att avta. Vanligast är att flames tar mer tid  att avta än att stiga. I ett 5-minuters utbrott kan det ta 1 minut att stiga och 4 minuter att försvinna i förhållandet 1:4. I långsamt uppbyggande utbrott kan det förhållandet däremot vara 1:1, med 2,5 minuter att stiga och 2,5 minuter att försvinna.

Valluvan var student vid Indian Institute of Technology Bombay (IITB) när  studien gjordes. Genom att utnyttja den ökade kapaciteten hos Chandrayaan-2 använde IITB-forskarna de första tre årens observerade data för att katalogisera nästan 1400 långsamt stigande utbrott – en dramatisk ökning jämfört med de cirka 100 som tidigare hade observerats under de senaste fyra decennierna. 

Man trodde tidigare att solstormar uppkom som en pisksnärt - som snabbt kastade ut energi innan den långsamt försvann igen. Att nu se långsamt uppbyggande solstormar i stora mängder kan ändra det tänkandet.

"Det finns mer spännande arbete att göra här", beskriver Valluvan som numera arbetar med Steven Boggs, professor i astronomi och astrofysik vid UC San Diego.

 – Vi har identifierat två olika typer av flames men det kan finnas fler. Och hur skiljer sig processerna åt? Vad får dem att stiga och falla i olika takt? Det är något vi måste förstå.

Bild vikipedia, en klass X flare.

Projektet ALMA Survey of Star formation and Evolution of Massive Protoclusters with Blue-profiles (ASSEMBLE)

 

En forskargrupp har startat projektet ALMA Survey of Star formation and Evolution of Massive Protoclusters with Blue-profiles (ASSEMBLE) med syftet att studera stjärnbildning såkallade protostjärnor. Gruppen använde Atacama Large Millimeter/submillimeter Array för att observera 11 massiva stjärnbildningsområden med en djup integration och en stor mosaik. Elva massiva klumpar med ultrakompakta (UC) HII-regioner fungerade som pilotprov. Dessa klumpar tros hysa massiva protohopar i ett sent skede, Dessa protohopar (stjärnhopar av stjärnor under bildande) av 12 massiva stjärnlösa infraröda mörka klumpar hade detekterats i ett annat projekt med beteckningen ALMA Survey of 70-um Dark High-mass Clumps in Early Stages (ASHES).

"Vi är glada över att nu hittat mycket konsekvent vinkelupplösning, känslighet och ett synfält mellan dessa två undersökningar, vilket är det bästa i jämförande studier", säger Xu Fengwei, artikelns försteförfattare.

ASSEMBLE-teamet gjorde här en inventering av 248 täta kärnor i de 11 protohoparna och fann att sena ASSEMBLE-protokluster visar systematisk ökning av tät kärnmassa och ytdensitet jämfört med ASHES-protohopar som visar  tidiga stadier. Teamet fann också en tydlig korrelation i ASSEMBLE-undersökningen mellan klumpmassan och den mest massiva kärnmassan något som inte sågs i ASHES-undersökningen vilket indikerar en samevolution som regleras av kontinuerlig masstillväxt från klump till kärnskala.

Dessutom upptäckte ASSEMBLE-teamet att de täta kärnorna i ASSEMBLE-protohoparna ses ligga betydligt närmare varandra jämfört med i ASHES-protohoparna.

Fyndet ligger i linje med förutsägelserna i en teoretisk dynamisk modell där täta kärnor drivs inåt av gravitationspotentialen hos den massiva moderklumpen samtidigt som det bildas protostjärnor i täta kärnor vilket leder till att gas och stoft värms upp och klumpar övergår till att synas svagt i infrarött ljus. På grund av effekterna av ihållande global gravitationskollaps och kontraktion blir protohopen ännu tätare med mindre kärnseparationer och masssegregationen byggs därefter upp i det sena skedet.

Studien ger en mer omfattande förståelse för den evolutionära banan hos massiva protohopar än tidigare studier gjort. ASSEMBLE-teamet intresserade sig för att fånga varje ögonblick i protohopars liv. Studien genomfördes av forskare från Shanghai Astronomical Observatory of the Chinese Academy of Sciences (CAS), National Astronomical Observatory of CAS, Peking University, Yunnan University, Guangzhou University och andra institutioner.

Resultatet publiceras i The Astrophysical Journal Supplement Series.

Bild https://phys.org/ Presentation av ASSEMBLE-exemplet. Källa: The Astrophysical Journal Supplement Series (2023). DOI: 10.3847/1538-4365/acfee5.

19 närliggande galaxers struktur fotograferade av Webbteleskopet

 

Dessa Webb-bilder ingår i en del av ett stort långvarigt projekt, projektet Physics at High Angular resolution in Nearby GalaxieS (PHANGS). Ett projekt som stöds av mer än 150 astronomer över hela världen. Innan Webbteleskopet tog dessa bilder var PHANGS redan full av data från NASA:s rymdteleskop Hubble, Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope's Multi-Unit Spectroscopic Explorer och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, inklusive observationer i ultraviolett, synligt och radiovågor. Webbs bidrag i kort- och mellaninfrarött ljus har gett än mer.

"Webbs nya bilder är extraordinära", beskriver Janice Lee, projektforskare för strategiska initiativ vid Space Telescope Science Institute i Baltimore.

 – De är häpnadsväckande även för forskare som har studerat samma galaxer i årtionden. Bubblor och filament är upplösta ner till den minsta skalan som någonsin observerats och visar mer av stjärnbildningscykeln.

Spänningen spred sig snabbt i hela teamet när Webb-bilderna strömmade in. "Det känns som om vårt team lever i ett konstant tillstånd av att bli överväldigade – på ett positivt sätt – av mängden detaljer i dessa bilder", tillade Thomas Williams, postdoktoral forskare vid University of Oxford i Storbritannien. 

Se mer och läs mer om dessa bilder ovan här från https://webbtelescope.org

En stjärna det ryker från.

 

En ny typ av stjärna med smeknamnet "old smoker" har upptäckts i centrum av Vintergatan, avslöjade astronomer nyligen.

Det "märkliga" puffbeteendet hos de nu upptäckta stjärnorna av röd jättetyp är något som aldrig tidigare setts, beskriver astrofysikern Philip Lucas.

Det internationella forskarlaget bakom upptäckten hade inte letat efter så gamla stjärnor (röda stjärnor är gamla stjärnor som är i sin sista tid innan de krymper ihop till en vit dvärg ett slut vår sol också får) under sin 10-åriga kartläggning stjärnhimlen av hundratals miljoner stjärnor.

Deras uppdrag var att med hjälp av teleskopet VISTA i de chilenska Anderna leta efter stjärnor under bildning (protostjärnor) som ofta har frekventa, sprudlande utbrott.

De upptäckte 32 proto-stjärnor, det största antalet som någon någonsin har hittats under en undersökning, beskriver Lucas, professor vid University of Hertfordshire i Storbritannien huvudförfattare till studien.

Men beskriver Lucas det upptäcktes även något vi kallar old smokers som  blossade upp mitt i Vintergatan i  ett tätt packat och metallrikt område som kallas Nuclear Stellar Disc.

Det som var överraskande med den här nya upptäckten är att vi ser stjärnor som är statiskt orörliga", beskriver Lucas.

Men som plötsligt minskade i ljusstyrka med 40 och 100 gånger och ibland blev så ljussvaga att teleskopets infraröda verktyg knappt kunde se dem. Ett par år senare, till synes utan förvarning återgick de till sin forna stjärnglans.

"Allt vi har kunnat lära oss om dem tyder på att det här är ett fall av stjärnor som kastar ut rökpuffar – av skäl som vi inte helt förstår", beskriver Lucas. Dessa rökpuffar tros tillfälligt skymma stjärnorna.

Exakt vad som blåser ut dammet är fortfarande ett mysterium. Men om teorin stämmer, så kan mängden materia som kastas ut av dessa stjärnor spela en viktig roll i hur tunga grundämnen sprids över hela galaxen – och bortom, beskriver han.

Kan det vara därför de hittas i det metallrika område som kallas Nuclear Stellar Disc?

Forskarna upptäckte minst 21 old smokers men misstänker att det finns många fler där ute.

Studien publicerades i Monthly Notices of the RoyalAstronomical Society. 

 Bild https://www.ras.ac.uk/Konstnärs intryck av ett moln av rök och damm som kastas ut av en röd jättestjärna. Sedd från vänster förblir stjärnan ljusstark, men sedd från höger bleknar den till osynlighet. Foto: Philip Lucas/University of Hertfordshire 

Hubbleteleskopet har upptäckt vattenånga i atmosfären på en liten exoplanet

 

GJ 9827d upptäcktes av NASA:s rymdteleskop Kepler under 2017. Planeten fullbordar en omloppsbana runt sin sol,en röd dvärgstjärna (GJ 9827) på 6,2 dag. Stjärnan ligger 97 ljusår från jorden i stjärnbilden Fiskarna

 Astronomer har med hjälp av NASA:s rymdteleskop Hubble nu nyligen observerat GJ 9827d och upptäckte då att exoplaneten har vattenånga i atmosfären. GJ 9827d  är  ungefär dubbelt så stor som Jorden. – Det här är första gången som vi direkt kan visa genom en atmosfärisk detektion att planeter med vattenrik atmosfär finns runt andra stjärnor, beskriver Björn Benneke, medlem i forskarlaget Trottier Institute for Research on Exoplanets vid Université de Montréal.

”Upptäckten av vatten på en så här liten planet är en milstolpe", tillägger Laura Kreidberg, en av forskarna bakom studien vid Max Planck-institutet för astronomi i Heidelberg, Tyskland.

Det är dock fortfarande för tidigt att säga om Hubble spektroskopiskt mätte en liten mängd vattenånga i en uppblåst väterik atmosfär, eller om planetens atmosfär till största delen består av vatten, som lämnats kvar efter att en ursprunglig väte/heliumatmosfär avdunstat genom strålning från sin sol.

Båda resultaten är spännande, oavsett om vattenånga är dominerande eller bara en liten del i en vätedominerad atmosfär, beskrivs i en vetenskaplig artikel av Pierre-Alexis Roy vid Trottier Institute for Research on Exoplanets vid Université de Montréal.

GJ 9827d  är lika het som Venus, över 400 C och skulle det definitivt vara en ogästvänlig ångande värld om atmosfären till övervägande del består av vattenånga.

Hubble-programmet observerade planeten under 11 passager då planeten passerade framför sin sol under tre år. Under passagerna filtrerades stjärnljuset.

– Hubble-upptäckten öppnar dörren för framtida studier av den här typen av planeter med James Webb rymdteleskop. JWST kan se mycket djupare infraröda observationer och upptäcka ex kolbärande molekyler som kolmonoxid, koldioxid och metan. När vi väl har fått en total inventering av en planets grundämnen kan vi jämföra dem med stjärnans den kretsar kring och förstå hur den bildades, beskriver Thomas Greene, astrofysiker vid NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley.

Bild Exoplanet GJ 9827d (konstnärs koncept) https://hubblesite.org