Svarta hål fanns innan galaxer och stjärnor

 

Svarta hål existerade i tidernas begynnelse och gav upphov till nya stjärnor och galaxbildning visar en ny analys av data från James Webb Space Telescope. Analysen vänder upp och ner på teorin om hur svarta hål format kosmos och utmanar den klassiska förståelsen av att de bildades efter att de första stjärnorna och galaxerna uppstått.

I stället verkar svarta hål dramatiskt ha påskyndat uppkomsten av nya stjärnor under universums första 50 miljoner år. Vi vet att ett stort svart hål finns i mitten av troligen alla galaxer. Överraskningen nu är att de fanns i universums begynnelse och var kanske byggstenar eller frön till de  tidiga galaxerna med dess stjärnor", beskriver huvudförfattaren till en ny studie (publicerad i tidskriften Astrophysical Journal Letters) Joseph Silk, professor vid institutionen för fysik och astronomi vid Johns Hopkins University och Institute of Astrophysics, Paris, Sorbonne University. "Det är en helomvändning jämfört med vad vi ansåg var möjligt tidigare – så mycket att detta nya rön helt kan skaka om vår förståelse av hur galaxer bildas."

"Vi argumenterar nu för att svarta hål strömmar ut krossade gasmoln, förvandlar dem till stjärnor och kraftigt påskyndar stjärnbildningshastigheten", beskriver Silk. – Annars är det väldigt svårt att förstå var dessa ljusstarka galaxer kom från så fort efter BigBang eftersom de vanligtvis är mindre i det tidiga universum. Varför och hur i hela friden skulle annars stjärnor bildats så snabbt?"

Svarta hål är områden i rymden där gravitationen är så stark att ingenting kan undkomma deras dragningskraft, inte ens ljus. På grund av denna kraft genererar de kraftfulla magnetfält som skapar våldsamma stormar, kastar ut turbulent plasma och i slutändan fungerar som enorma partikelacceleratorer, beskriver Silk. Denna process, säger han, är sannolikt anledningen till att Webbs detektorer har upptäckt fler av dessa svarta hål och ljusstarka galaxer än vad forskarna förväntat sig.

"Vi kan inte riktigt se dessa våldsamma vindar eller jetstrålar långt bort i tid och rum, men vi vet att de måste finnas eftersom vi ser många svarta hål redan tidigt i universum", förklarar Silk. – De enorma vindarna som kommer ur de svarta hålen krossar närliggande gasmoln och då uppkommer stjärnor. Det är den felande länken som förklarar varför dessa första galaxer lyser så mycket ljusare än vi förväntat oss. 

Silks team förutspår att det unga universum hade två faser. Under den första fasen påskyndade utflöden från svarta hål stjärnbildningen och i en andra fas avtog utflödena. Några hundra miljoner år efter big bang kollapsade gasmoln på grund av magnetiska stormar från svarta hål och nya stjärnor bildades i en takt som vida översteg den som observeras miljarder år senare i dagens galaxer, beskriver Silk. Skapandet av stjärnor saktades ner eftersom dess kraftfulla utflöden övergick till ett tillstånd av energibesparing, beskriver han, vilket minskar gasen som är tillgänglig för att bilda stjärnor i galaxer.

"Den stora frågan är, vad  vår början var? Solen är en stjärna på 100 miljarder i Vintergatan, och det finns också ett massivt svart hål i mitten av Vintergatan. Vad är kopplingen mellan de två?" undrar han. "Inom ett år kommer vi att ha så mycket bättre data och många av våra frågor kommer att börja få svar."

Uppstod de  första svarta hålen direkt efter BigBang eller var de ursprunget till BigBang? Varifrån kom dessa  utflöden av gas från de svarta hålen i tidens början som bildade de första stjärnorna? Misstanken enligt mig är att de drog in och släppte ut gas genom en koppling mellan ett universum som kollapsat samtidigt som vårt universum uppstod. Tid och rum är relativt.

Bland författarna till studien finns Colin Norman och Rosemary F. G. Wyse från Johns Hopkins; Mitchell C. Begelman of University of Colorado and National Institute of Standards and Technology; och Adi Nusser från Israel Institute of Technology. Teamet stöds av Israel Science Foundation och Asher Space Research Institute, samt Eric och Wendy Schmidt på rekommendation av Schmidt Futures-programmet.

Bild vikipedia NGC 2207 och IC 2163 är två spiralgalaxer på ungefär 80 miljoner ljusårs avstånd från oss som kolliderar med varandra, bilden tagen av Hubbleteleskopet.

PREFIRE är ett uppdrag som snart ska gå av stapeln.

 

Två nya NASA-satelliter  i storlek som en skokartong kommer att börja korsa jordens atmosfär om några månader och söka efter värmeförluster från polerna. Deras observationer från jordens poler kommer att hjälpa till att förutsäga hur is, hav och väder förändras under den globala uppvärmningen.

Kubsatelliterna (CubeSats) ingår i ett uppdrag som kallas PREFIRE (Polar Radiant Energy in the Far-InfraRed Experiment). I en planets ideala balansakt bör mängden värmeenergi planeten tar emot från solen helst kompenseras av den mängd den strålar ut ur systemet ut i rymden. Skillnaden mellan inkommande och utgående energi bestämmer jordens temperatur och formar klimatet.

Hur det ser ut för jordens del får vi veta efter att uppdraget är gjort.

Bild  PREFIRE-uppdraget https://www.nasa.gov/ kommer att skicka två CubeSats – som avbildas i ett konstnärskoncept i omloppsbana runt jorden. Dess uppdrag är att studera hur mycket värme planeten absorberar och avger från sina polarområden. Dessa mätningar kommer att ligga till grund för framtida klimat- och ismodeller. NASA/JPL-Caltech

En lösning av en exoplanetgåta

 

Astronomer från Tyskland och Schweiz har gjort en upptäckt som visar hur skillnaden i storleksfördelningen mellan exoplaneter av cirka två jordradier uppstår. Genom datorsimuleringar visar de att migration av isiga, så kallade sub-Neptune till de inre regionerna av ett planetsystem kan förklara fenomenet. När planeten närmar sig sin sol bildar den avdunstande vattenisen en atmosfär som får planeterna att se större ut än i sitt frusna tillstånd. Samtidigt förlorar mindre stenplaneter gradvis en del av sitt ursprungliga gashölje (atmosfär) vilket gör att deras radie krymper över tid under sin färd mot sin sol.

 – Bern-Heidelberg-gruppens teoretiska forskning har förbättrat vår förståelse av hur planetsystem bildas och hur de är sammansatta, förklarar Thomas Henning, chef för MPIA (Max Planck-institutet för astronomi i Heidelberg). Den aktuella studien är ett resultat av många års gemensamt arbete och ständiga förbättringar av  datamodeller.

De senaste resultaten kommer från beräkningar av fysikaliska modeller som spårar planetbildning och efterföljande utveckling. De omfattar processer i gas- och stoftskivorna som omger unga stjärnor och som ger upphov till nya planeter. Dessa modeller inkluderar uppkomsten av atmosfär blandning av olika slags gaser och radiell migration.

"Centralt för studien var vattnets egenskaper vid tryck och temperaturer som förekommer inuti planeter och i deras atmosfärer", förklarar Dr. Remo Burn vid MPIA. Att förstå hur vatten beter sig över ett brett spektrum av tryck och temperaturer är avgörande för datasimuleringar. Det är först under de senaste åren som denna kunskap har varit av tillräcklig kvalitet. Det är denna komponent som möjliggör en realistisk beräkning av sub-Neptunus beteende, vilket förklarar manifestationen av omfattande atmosfärer i varmare regioner.

Då en planet efter sitt bildande i vissa fall dras in mot sin sol av gravitationen finns en lägespunkt av balans där denna resa stannar av. Punkten där gravitationen hamnar i jämvikt med planetens rotation och ibland gravitationen från närliggande objekt som stoppar färden in mot solen.

Bild https://www.mpg.de  av en konstnärlig framställning av en exoplanet vars is på ytan förångas alltmer och bildar en atmosfär när den närmar sig planetsystemets centrala stjärna. Denna process ökar den uppmätta planetradien jämfört med det värde som planeten skulle haft vid sin ursprungliga plats. © Thomas Müller (MPIA.

Pärlband av stjärnor

 

NASA:s rymdteleskop Hubble har haft teleskopet riktat mot 12 interagerande galaxer som har långa, grodyngelliknande tidvattensvansar av gas, stoft och där finns en uppsjö av stjärnor. Genom Hubbleteleskopets skärpa och känslighet för ultraviolett ljus har avslöjats 425 hopar av nya stjärnor längs dessa svansar, som  liknar strängar av ljus. Varje stjärnhop innehåller så många som 1 miljon blå, nya stjärnor.

Kluster av stjärnor i tidvattensvansar har varit kända i årtionden. När galaxer växelverkar drar gravitationens tidvattenkrafter ut långa strömmar av gas och stoft.

Ett team av astronomer använde en kombination av nya observationer och arkivdata för att få fram åldrar och ett antal tidvattensvansstjärnhopar. De fann att dessa hopar av stjärnor är mycket unga endast 10 miljoner år gamla. Och de verkar bildas i samma takt längs svansarna (bestående av gas och stoft)  som sträcker ut sig tusentals ljusår.

– Det är en överraskning att se de unga stjärnorna i svansarna. Det säger oss en hel del om hur effektiv klusterbildning är, beskriver huvudförfattaren till studien Michael Rodruck Randolph-Macon högskola i Ashland, Virginia.

Svansarna ser ut som en galax spiralarm som sträcks ut i rymden. Den yttre delen av armen dras samman av gravitationen  mellan ett par interagerande galaxer.

Före sammanslagningarna var galaxerna rika på stoftmoln av molekylärt väte som helt enkelt kan ha förblivit inerta. Men då molnen knuffades och stötte i varandra under mötena komprimerades vätet till en punkt där det utlöste en storm av stjärnfödelse i de då bildade svansarna.

Ödet för dessa utsträckta stjärnhopar är osäkert. De kan förbli gravitationellt intakta och utvecklas till klotformiga stjärnhopar – liknande de som kretsar utanför Vintergatans plan (ex stora och lilla Magellanska molnet). Eller kan de skingras för att bilda en halo av stjärnor runt sin värdgalax eller kastas ut för att bli vandrande intergalaktiska stjärnor.

Rymdteleskopet Hubble är ett internationellt samarbetsprojekt mellan NASA och ESA. NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, förvaltar teleskopet. Space Telescope Science Institute (STScI) i Baltimore, Maryland, bedriver analys av Hubble- och Webbtelskopets insamlade bildmaterial . STScI drivs för NASA av Association of Universities for Research in Astronomy, i Washington, D.C.

Bild https://hubblesite.org/ Galaxen AM 1054-325.

Saturnus lilla isiga måne Mimas har ett hav under ytan

 

Mimas är en liten måne cirka 400 kilometer i diameter med en kraterrik yta. Inget som visar på ett hav under dess yta kan antydas", beskriver Dr Nick Cooper, medförfattare till en ny  studi och hedersforskare vid astronomienheten vid School of Physical and Chemical Sciences vid Queen Mary University of London.

 "Upptäckten av ett hav under isen lägger Mimas till en exklusiv klubb av månar med inre hav, där Enceladus och Europa är några men med en unik skillnad från dessa två: Mimas hav är anmärkningsvärt ungt endast ca 5 till 15 miljoner år gammalt. Existensen av ett nyligen bildat hav av vatten gör Mimas till ett utmärkt studieobjekt för studier för forskare som undersöker livets ursprung", förklarar Dr Cooper. Upptäckten möjliggjordes genom att analysera data från NASA:s rymdsond Cassini.  Cassini flög över Saturnus och dess månar i över ett decennium och tog mängder av foton. Genom att noggrant undersöka de subtila förändringarna i Mimas omloppsbana kunde forskarna sluta sig till att det finns ett dolt hav under ytan på månen och uppskatta dess storlek och djup.

Upptäckten har stor betydelse för vår förståelse av potentialen för liv bortom jorden. Det tyder på att även små, till synes inaktiva månar kan hysa dolda hav som kan stödja livsviktiga förhållanden. Detta öppnar upp spännande nya vägar för framtida utforskning vilket kan leda oss närmare svaret på frågan om vi ensamma i universum?

Bild vikipedia på Saturnus måne Mimas vilken enbart är ca 400 km i diameter men likväl har ett hav under sin isiga yta. fotograferad av Cassini 2005 (NASA)

Ett mycket stort utbrott på en stjärna som liknar vår sol

 

Astronomer har upptäckt ett extremt stort utbrott från en ung stjärna vilken blev mer än hundra gånger ljusstarkare på endast några timmar. Upptäckten ger ny insikt om hur unga solliknande stjärnor beter sig tidigt i sin utveckling och deras inverkan på utvecklingen av planeter som bildas i dess omgivning.

Det var forskare vid Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), en del av Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) som gjorde upptäckten med hjälp av Submillimeter Array (SMA) observationer av HD 283572, en stjärna som är 40 procent större än vår sol och som finns cirka 400 ljusår bort från oss. SMA är en rad teleskop på Mauna Kea på Hawaii speciellt utformade för att detektera millimetervåglängdssljus.

HD 283572 är mindre än 3 miljoner år gammal vilket innebär över tusen gånger yngre än vår sol. Ett forskarlag som leddes av Dr. Joshua Bennett Lovell, SAO-astronom och SMA-stipendiat vid CfA, använde SMA för att söka efter det stoftrika material som bildar nya planeter och som har ett svagt men detekterbart sken vid millimetervåglängder. Men de fann något helt annat.

"Vi blev förvånade över att se ett extraordinärt ljusstarkt utbrott från en ung stjärna", beskriver Lovell. "Utbrott vid dessa våglängder är sällsynta vi hade inte förväntat oss att se något annat än det svaga skenet från planetbildande stoft."

Stjärnutbrott kan öka en stjärnas ljusstyrka med tiotals eller hundratals gånger vid olika våglängder av ljus. När stjärnor roterar kan deras magnetfält laddas upp och utveckla områden med ökad magnetisk energi. Som en fjäder som lindas för hårt måste denna lagrade magnetiska energi så småningom frigöras. När det gäller stjärnor ger detta upphov till intensiva accelerationer av dess laddade partiklar, som spränger ut ur deras ytor.

HD-283572 verkade vilande i flera månader innan vi fick detta utbrott", beskriver Lovell. – Varje gång vi riktade SMA tillbaka mot stjärnan efter utbrottet såg vi ingenting. Våra fynd bekräftar att dessa utbrott är sällsynta vid millimetervåglängder, men att de kan vara extremt kraftfulla även från en ung stjärna.

Forskarlaget mätte energin hos HD 283572:s utbrott och fann att det under en 9-timmarsperiod frigjorde ungefär en miljon gånger mer energi än något millimeterutbrott som setts på vår sols närmaste stjärngrannar. Utbrottet rankas bland de kraftigaste av utbrott av detta slag som rapporterats.

Det var en enorm händelse motsvarande som att förbruka hela jordens kärnvapenarsenal på ungefär en millisekund om och om igen under nästan en halv dag, beskriver SAO-forskaren Dr Garrett Keating, andreförfattare till studien och en av SMA-projektets forskare. Om vi tar hänsyn till de våglängder av stjärnans ljus som SMA inte observerade, förväntar vi oss att den till och med kan ha varit många gånger än mer energirik, beskriver han.

Med endast ett skov upptäckt är det dock fortfarande oklart exakt vad som utlöste händelsen då inget finns att jämföra med.

Resultatet kommer att publiceras (ev har så skett nu) i The Astrophysical Journal Letters (ApJL) och artikeln finns redan nu tillgänglig på https://arxiv.org/abs/2402.01833

 De övriga författarna till artikeln är David Wilner, Sean Andrews och Ramprasad Rao, alla från CfA, Meredith MacGregor från Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland och Jonathan Williams från University of Hawaii at Manoa i Honolulu, Hawaii.

SMA drivs gemensamt av SAO och Academia Sinica Institute of Astronomy & Astrophysics (ASIAA) i Taiwan.

Bild https://www.cfa.harvard.edu/news på den ca 3 miljoner år gamla stjärnan HD 283572 som finns 400 ljusår bort under dess utbrott. Foto: CfA/Melissa Weiss.

I ett åskväder uppstår gammastrålning.

 

Med hjälp av rymdteleskop Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope är ett rymdbaserat teleskop avsett för kosmisk gammaastronomi.)  har NASA upptäckt utbrott av gammastrålning (gammastrålning är joniserande strålning av fotoner.) – några av de mest energirika slagen i universum av åskväder. Gammastrålning kommer annars vanligtvis från objekt med extrem fysik som neutronstjärnor och svarta hål.

Åskväder bildas när varm, fuktig luft nära marken börjar stiga och möter kallare luft. När den varma luften stiger kondenserar fukt till vattendroppar. De uppåtgående vattendropparna stöter på nedåtgående iskristaller och skalar av elektroner vilket skapar en statisk laddning i molnet. Toppen av åskmolnet blir då positivt laddat och botten negativt laddat vilket kan liknas vid de två ändarna av ett batteri. Till slut byggs de motsatta laddningarna upp tillräckligt för att övervinna den omgivande luftens isolerande egenskaper och blixtar uppstår. När dessa blixtars elektroner stöter på luftmolekyler avges en markbunden gammablixt, vilket innebär att åskväder skapar några av de största energiformerna av ljus i universum.

Men det är inte allt. Ett åskväder kan också producera antimateria. Detta sker ibland genom att en gammastråle tränger in i en atom och producerar en elektron och en positron som är en elektrons antimateria motsats. Forskare misstänker att blixten i ett åskväder omkonfigurerar molnets elektriska fält. I vissa fall gör detta att elektroner kan rusa mot den övre delen av åskmolnet med nästan ljusets hastighet. Det gör åskväder till de mest kraftfulla naturliga partikelacceleratorerna på jorden!

Bild https://www.pickpik.com/