BREAD-experimentet ett nytt sätt att söka efter mörk materia

 

I ett nytt experiment och samarbete under ledning från University of Chicago och Fermi National Accelerator Laboratory, med beteckningen Broadband Reflector Experiment for Axion Detection (BREAD) har det nyligen släppts ett första resultat i sökandet efter mörk materia. Studien publicerades i Physical Review Letters.

Även om det inte hittades mörk materia begränsades var den kan finnas och demonstrerades ett unikt tillvägagångssätt för att påskynda sökandet efter den till ett relativt litet antal platser och kostnader. Men eftersom ingen någonsin har sett mörk materia utan bara tecken på att den bör finnas eller något vi inte förstår vet vi inte var vi ska leta efter den.

"Vi är väldigt säkra på att något finns, men det finns många, många former som den kan ha", beskriver UChicago Assoc. Prof. David Miller, medledare för experimentet tillsammans med Fermilabs Andrew Sonnenschein, vilken var den som ursprungligen utvecklade konceptet för experimentet.

Forskare har tidigare kartlagt flera av de mest sannolika alternativen för platser och former att söka med och i. Vanligtvis har tillvägagångssättet varit att bygga detektorer för att med dessa noggrant söka av ett specifikt område (i det här fallet en uppsättning frekvenser) för att sedan  kunna utesluta dessa.

Ovan team av forskare utforskade med ett nytt tillvägagångssätt. Deras design kallas "bredband", vilket innebär att de kan söka efter en större uppsättning möjligheter om än med något mindre precision.

"Om man tänker på det som en radio, är sökandet efter mörk materia som att ställa in frekvensratten och söka efter en viss radiostation, förutom att det i detta experiment fanns en miljon frekvenser att kolla igenom", beskriver Miller. "Vår metod är som att göra en skanning av 100 000 radiostationer istället för några få mycket noggrant." För att få en mer utförlig redovisning av hur instrumentet är uppbyggt mm se denna sida. från University of Chicago.

BREAD-instrumentet byggdes vid Fermilab som en del av laboratoriets detektor-FoU-program och användes sedan vid UChicago, där data för denna studie samlades in. UChicago Ph.D-doktoranden Gabe Hoshino ledde driften av detektorn  tillsammans med studenterna Alex Lapuente och Mira Littmann.

Argonne National Laboratory ett tvärvetenskapligt forskningscenter för vetenskap och teknik som finns i Illinois USA. som kommer att användas i nästa steg i fysikprogrammet BREAD. Andra institutioner är SLAC National Accelerator Laboratory, Lawrence Livermore National Laboratory, Illinois Institute of Technology, MIT, Jet Propulsion Laboratory, University of Washington, Caltech och University of Illinois i Urbana-Champaign, vilka alla arbetar med UChicago och Fermilab på FoU för framtida versioner av experimentet.

Bild https://news.uchicago.edu/ En rendering av BREAD-designen. Den "Hershey's Kiss"-formade strukturen leder potentiella signaler om mörk materia till den kopparfärgade detektorn till vänster. Detektorn är tillräckligt kompakt för att få plats på en bordsskiva. Bild med tillstånd av BREAD Collabora

Ett nytt verktyg för intresserade för att dagligen se solförmörkelser från rymden

 

Ett nytt onlineverktyg som kallas Eclipse Watch gör att du kan observera solens yttre atmosfär (korona) i realtid med förmörkelseliknande bilder från rymden och räkna ner till nästa totala solförmörkelse på jorden. Det nya datavisualiseringsverktyget Helioviewer Eclipse Watch visar bilder som tagits av Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), ett gemensamt NASA-ESA-projekt (European Space Agency) som är stationerat en miljon kilometer från jorden. Varje gång du uppdaterar sidan där bilder ses finns den senaste bilden där från rymdfarkosten. Bilder som visar några av solens egenskaper som du bara som privatperson kan se från marken på jorden när månen helt täcker solen under en total solförmörkelse.

För att studera solens utsträckta atmosfär när en total solförmörkelse inte inträffar kan forskare använda speciella teleskop som kallas koronagrafer. Dessa instrument skapar en konstgjord förmörkelse genom att använda en rund skiva för att blockera ljuset från solen (på samma sätt som månen gör under en äkta förmörkelse) och avslöja delar av solens atmosfär som normalt är för svaga att se.

Helioviewer Eclipse Watch ger däremot förmörkelseliknande bilder hela tiden från rymden. Bilder som tas över hundra gånger varje dag av instrumentet Large Angle and Spectrometric Coronagraph Experiment (LASCO) från rymdfarkosten SOHO. LASCO observerar solens korona och kan identifiera moln av material så kallade koronamassutkastningar som bryter ut från solen.

Eclipse Watch är en förlängning av Helioviewer ett gratis visualiseringsverktyg med öppen källkod som stöds av NASA:s Solar Data Analysis Center. Det är som att använda en favoritkartapp för solen! Användarna väljer instrumentets data och skapar sina egna filmer av solfenomen. Detta verktyg stöder utforskande av solen, dataanalys och gör det möjligt för forskare att upptäcka, lokalisera och övervaka solhändelser. En nedladdningsbar version tillgänglig för alla som heter JHelioviewer med 3D-filmfunktion finns tillgänglig här.

Bild från https://science.nasa.gov/ En förmörkelseliknande bild som tagits av LASCO-instrumentet på rymdfarkosten SOHO som innehåller en bild av månen framför solen. För att se den senaste bilden, besök https://eclipse.helioviewer.org/ .

NASA;s Curiosity-rover söker efter spår från forntida vatten på Mars

 

NASA:s Marsbil Curiosity-rover utforskar nu ett nytt område på Mars. Ett område som kanske kan avslöja mer om hur länge sedan det var som vattnet avdunstade från Mars yta. Numera anses  att Mars  för miljarder år sedan var mycket blötare och förmodligen och med  varmare klimat och tätare atmosfär än idag. Curiosity söker denna förflutna tids spår  där den rullar fram och så småningom korsar Gediz Vallis-kanalen, en slingrande, ormliknande kanalformation som – åtminstone från rymden – verkar vara en uttorkad flodfåra. När de sedimentära lagren i nedre Mount Sharp efter floden avlagrats av vind och vatten, skar erosionen ner lagren till hur de ser ut i dag. Det var först efter lång tid liksom intensivt torra perioder då Mount Sharps yta var en sandig öken som Gediz Vallis-kanalen antas ha bildats.

Forskarna tror även att stenblocken och annat skräp som sedan fyllde kanalen kom nedrasande från de höga berg dit Curiosity aldrig kan ta sig men som omger den gamla flodfåran  ger teamet en glimt av vilken typ av material som   dessa berg består av.

– Om kanalen inklusive skräphögen i denna har formats av flytande vatten är det intressant. Det skulle innebära att Mount Sharp ganska sent i historien efter en lång torrperiod åter blev vattenfylld, beskriver Ashwin Vasavada, forskare vid Curiositys projekt vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien.

Den förklaringen skulle stämma överens med en av de mest överraskande upptäckterna som Curiosity gjort under sin upptäcktsfärd uppför Mount Sharp: att vatten verkar ha uppkommit och försvunnet i olika faser, snarare än att gradvis ha försvunnet i takt med att planeten blev torrare. Dessa cykler kan ses som bevisade genom de lersprickor och torra grunda, salta sjörester som finns  i kanalen och de omvälvande skräpflöden som staplades upp och skapade den vidsträckta Gediz Vallis-åsen.

Bild vikipedia schematisk bild på curiosity.

Asteroiden (isbomben?) 486958 Arrokoth innehåller miljarder år gammal is.

 

Forskare vid Brown University och från SETI-institutet har upptäckt att det snögubbelika objektet (asteroiden) som officiellt kallas Kuiperbältesobjektet 486958 Arrokoth troligen innehåller uråldrig is lagrad djupt inom sig från den tid när asteroiden bildades miljarder år tillbaks i tiden. Men det är inte allt.

Med hjälp av en ny datamodell som forskarna utvecklat för att studera hur kometer utvecklas föreslår de att detta inte är unikt för asteroider som Arrokoth utan att många av de ca 70000 objekten i Kuiperbältet  (som ligger i de yttersta regionerna av solsystemet och där Pluto ingår) sedan solsystemets tidiga bildande för cirka 4,6 miljarder år sedan fortfarande troligen innehåller is av forntida slag.

– Vi har genom vårt arbete med en ganska enkel matematisk modell visat att det kan finnas forntida isar inlåsta djupt inne i det inre i asteroider under väldigt lång tid, beskriver Sam Birch, planetforskare vid Brown university och en av artikelns (se nedan) medförfattare. "De flesta forskare har ansett tills nu att dessa isar skulle varit förlorade för länge sedan men vi tror att så inte är fallet."

Studien tyder på att objekt i Kuiperbältet kan fungera som vilande "isbomber" och även bevara flyktiga gaser i sitt inre i miljarder år tills omloppsförskjutningar för dem närmare solen och värmen gör dem instabila. Denna nya idé kan hjälpa till att förklara varför dessa  objekt från Kuiperbältet får så våldsamma utbrott när de  närmar sig solen. Helt plötsligt blir den kalla gasen inuti dem tryckutsatt av värmen och asteroiden utvecklas till en komet.

"Det viktigaste i studien är att vi korrigerade ett djupt fel i den fysiska modell som människan antagit i årtionden om dessa mycket kalla och gamla objekt", beskriver Umurhan, Birchs medförfattare till artikeln. "Den här studien kan vara den första  för att omvärdera kometers inre utveckling och dess aktivitet."

Sammantaget utmanar studien befintliga förutsägelser och öppnar nya vägar för att förstå kometers natur och ursprung. Birch och Umurhan är även medforskare i NASA:s komet Astrobiology Exploration Sample Return (CAESAR) vars uppdrag blir att samla in minst 80 gram ytmaterial från kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko och skicka tillbaka det till jorden för analys. 

Birch beskriver ovan studie i en artikel i tidskriften Icarus tillsammans med  Orkan Umurhan, senior forskare vid SETI-institutet.

Jag tror de har funnit förklaringen till kometers uppkomst i arbetet.

Bild vikipedia Som ett led i planen att låta rymdsonden New Horizons passera förbi en småplanet eller asteroid efter sin förbiflygning av Pluto 2015, gjordes undersökningar av bilder tagna med Hubbleteleskopet. På detta sätt upptäcktes den 26 juni 2014 ett objekt som fick namnet 486958 Arrokoth i Kuiperbältet som var möjligt att fara förbi och därför valdes ut för att passera. Ovan foto togs därefter den 1 januari 2019 av rymdsonden New Horizons då den passerade asteroiden 486958 Arrokoth.

Hur långt ut i rymden skyddar heliosfären oss?

 

Heliosfären  består av solvinden, soltransienter och det interplanetära magnetfältet vilket fungerar som vårt solsystems personliga sköld och skyddar planeterna från  kosmisk strålning. Dessa extremt energetiska partiklar, som accelereras utåt från händelser som supernovor, skulle om inget skydd fanns orsaka en enorm mängd skada om de inte till största delen absorberades av heliosfären.

För närvarande kan det vetenskapliga samfundet inte nå enighet om var gränserna eller konturerna av detta skyddade område slutar och de försöker nu med hjälp av en framtida  interstellär sond som färdas utanför solens inflytelsesfär  att få svar på dessa frågor.

En studie ledd från  University of Michigan publicerad i Frontiers in Astronomy and Space Sciences ger rekommendationer för att maximera vetenskapliga mätningar  för att bättre förstå storleken och formen på vår plats i heliosfären från utsidan. Vi vill veta hur heliosfären skyddar astronauter och livet i allmänhet från skadlig galaktisk strålning, men det är svårt att göra när vi fortfarande inte ens vet formen på heliosfären (vilken skyddar oss från den kosmiska strålningen är den lika skyddande överallt i vår närhet eller finns det oskyddade områden) , beskriver Marc Kornbleuth, forskare vid Boston University och medförfattare till studien.

Hittills är rymdsonderna Voyager 1 och 2 de enda farkosterna som potentiellt har lämnat heliosfären. Nu, 46 år efter uppskjutningen som skedde 1977 har farkosterna passerat sin avsedda livslängd och kan inte längre tillhandahålla de fullständiga plasmamätningar som är nödvändiga för att förbättra vår förståelse av heliosfärens gränser.

För mer om detta framtida arbete i att mäta heliosfären se denna länk från  Michigan Engineering  University of Michigan  

Bild vikipedia Heliosfärens huvuddrag. Heliopausen (eng.: heliopause) är gränsen mot det interstellära mediet, med en bogchock (eng.: bow shock) framför. Innanför ligger en annan chockfront, termineringschocken (eng.: termination shock) där solvinden saktas ned till subsonisk strömning. Planetsystemet ryms inne i heliosfären. På bilden visas också de fyra rymdsonder som nått längst ut, Pioneer 10 och 11 samt Voyager 1 och Voyager 2

Ett svart hål ses kasta ut material var 8,5e dag

 

Astronomer vid MIT (Massachusetts Institute of Technology), Italien, Tjeckien med flera länder har nyligen upptäckt att ett tidigare inaktivt svart hål, som finns i centrum av en galax cirka 800 miljoner ljusår bort som oväntat fick ett utbrott och sedan dess avger gasplymer var 8,5:e dag och däremellan återgår till sitt inaktiva tillstånd.

Det periodiska fenomenet är ett nytt beteende som inte har observerats tidigare från svarta hål. Astronomerna tror att den mest sannolika förklaringen till utbrotten kommer från ett andra mindre svart hål som snurrar runt det större centrala, supermassiva svarta hålet och  resulterar i att materia från det större svarta hålets gasskiva kastas ut var 8,5:e dag. (troligen då materia ifrån det mindre svarta hålet som finns i det större svarta hålets ackretionsskiva  då detta kommer för nära det större hålet ger en raktion så materia slungas iväg från skivans omgivning) Signalen liknar den som astronomer ser när en planet i omloppsbana passerar framför sin värdstjärna och kortvarigt blockerar stjärnans ljus. Men ingen stjärna skulle kunna blockera ett utbrott i en galax centrum.

Forskarlagets resultat, som publicerats i dagarna i tidskriften Science Advances, utmanar den gängse bilden av svarta håls ackretionsskivor, som forskare har antagit är relativt enhetliga skivor av gas som roterar runt ett centralt svart hål.

 De nya resultaten tyder på att ackretionsskivorna kan ha ett mer varierat innehåll och att de kan innehålla andra svarta hål och även stjärnor.

– Vi trodde att vi visste mycket om svarta hål, men det här säger oss att det finns mycket mer att lära, beskriver Dheeraj "DJ" Pasham, forskare vid Kavliinstitutet för astrofysik och rymdforskning vid MIT. "Vi tror att det finnas många fler system av detta slag och vi behöver samla in mer data för att hitta dem."

 Bild https://news.mit.edu/ En datorsimulering av ett svart hål med medelstor massa som kretsar kring ett supermassivt svart hål, och som driver ut periodiska gasplymer något som kan förklara observationerna som beskrivs ovan.Upphovsman: Petra Sukova, Astronomiska institutet vid CAS

Saturnus måne Enceladus är ett högintressant besöksmål.

 

Ingen farkost har någonsin landat på månen Enceladus som är en måne utsedd som högintressant att utforska av ESA (European Space Agency). En intressant måne för en framtida rymdstation.  

Enceladus har en isig skorpa under vars yta finns ett hav. Vattenplymer bryter fram genom sprickor i isen och skjuter ut i rymden. Om en farkost samlar in prover från dessa plymer av vatten i dessa utkast och  vattnet analyseras kan vi finna om det finns liv i vattnet eller om det är sterilt.

Det är vetenskapligt accepterat att det finns tre villkor för om en " miljö" potentiellt ska kunna stödja liv som vi känner det: närvaron av flytande vatten, en energikälla och en specifik uppsättning kemiska grundämnen. Möjligheten att Enceladus har detta anses stor.

Enceladus uppfyller alla tre kriterierna. Plymerna som kastas ut ur den isiga skorpan är som vi redan vet rika på organiska föreningar, varav några är viktiga för att liv ska uppstå. Havet verkar också innehålla en ännu okänd kraftfull källa till kemisk energi som kan ge bränsle till levande organismer.

Ett rymdskepps besök och inhämtning av vatten mm på denna måne är ett projekt som planeras av ESA som skulle ge ny kunskap: Det skulle  ge Europa en unik framskjuten plats inom astronomin. "En undersökning av tecken på tidigare eller nuvarande liv runt Saturnus (på dess månar inte bara Enceladus flera här är intressanta) har aldrig tidigare gjorts. Det skulle garantera ESA:s ledarskap inom planetforskning i årtionden framöver beskriver ESA:s forskningschef, professor Carole Mundell.

Detta planerade framtida  uppdrag till "jätteplaneternas månar" är det första i en serie av tre planerade för ESA:s planerade Voyage 2050-program, som ska kompletteras med ett urval av medel- och snabbklassuppdrag. Tillsammans kommer uppdragen att skapa en mångfald och smidighet under de kommande två årtiondena vilket kommer att uppfylla de europeiska forskarsamhällenas ambitioner. "Genom att noggrant planera Voyage 2050 ser vi till att ESA:s rymdforskningsprogram säkrar en uppsättning framåtblickande uppdrag i världsklass för framtida generationer", beskriver professor Mundell.

Bild https://www.esa.int/ genomskärning av månen Enceladus.