Mysteriet med antikythera- mekanismen

 

Artefakten med mekanismen upptäcktes 1901 av dykare som utforskade ett sjunket skeppsvrak nära ön Antikythera i Egeiska havet. Även om den skokartongsstora mekanismen brutits sönder i fragment och eroderat stod det klart att den innehöll en komplex serie invecklade kugghjul.

Årtionden av efterföljande forskning och analys har fastställt att mekanismen är från det andra århundradet f.Kr. och fungerade som en slags handmanövrerad mekanisk dator. Yttre rattar anslutna till de inre kugghjulen gjorde det möjligt för användare att förutsäga solförmörkelser och beräkna planeternas positioner vid ett givet datum med en noggrannhet som inte kan jämföras med någon annan mekanism från den tiden.

År 2020 avslöjade nya röntgenbilder av en av mekanismens ringar, den så kallade kalenderringen nya detaljer som visade hål med regelbundna mellanrum  under ringen. Eftersom ringen var trasig och ofullständig var det dock inte klart hur många hål som funnits där från början. En första analys av Antikythera-forskaren Chris Budiselic vid university of Glasgow och hans kollegor tyder på att det troligen var någonstans mellan 347 och 367.

I en ny artikel som publicerades nyligen i Horological Journal, beskriver Glasgow-forskarna hur de använde två statistiska analystekniker för att avslöja nya detaljer om kalenderringen. Analysen visar att det är mycket sannolikare att ringen hade 354 hål vilket motsvarar månkalendern, än 365 hål, som skulle ha följt den egyptiska kalendern. Analysen visar också att 354 hål är hundratals gånger mer sannolikt än en 360-hålsring, vilket tidigare forskning har föreslagit som ett möjligt antal.

Professor Graham Woan, vid University of Glasgow's School of Physics & Astronomy, en av författarna till artikeln. Beskriver: "Mot slutet av förra året pekade en kollega på data som förvärvats av YouTubern Chris Budiselic, som ville göra en kopia av kalenderringen och då undersökte sätt att avgöra hur många hål den innehöll. Professor Woan använde en teknik som kallas Bayesiansk analys där man använder sannolikhet för att kvantifiera osäkerhet baserat på ofullständiga data för att beräkna det sannolika antalet hål i mekanismen med hjälp av positionerna för de kvarvarande hålen och placeringen av ringens kvarvarande sex fragment. Hans resultat visade starka bevis för att mekanismens kalenderring innehöll antingen 354 eller 355 hål.

Samtidigt hade en av professorerna och  Woans kollegor vid universitetets institut för gravitationsforskning, dr Joseph Bayley hört talas om problemet. Han anpassade teknik som används av deras forskargrupp för att analysera signalerna som fångas upp av LIGO-gravitationsvågsdetektorerna, som mäter de små krusningarna i rumtiden, orsakade av massiva astronomiska händelser som kollisionen mellan svarta hål, när de passerar genom jorden, för att granska kalenderringen.

Markovkedjans Monte Carlo och nästlade samplingsmetoder som Woan och Bayley använde och dessa gav en omfattande uppsättning resultat, vilket återigen tyder på att ringen troligen innehöll 354 eller 355 hål i en cirkel av radiUS 77,1 mm, med en osäkerhet på ca 1/3 mm. Det avslöjar också att hålen var exakt placerade med extraordinär noggrannhet med en genomsnittlig radiell variation av bara 0,028 mm mellan varje hål.

Bayley, en av medförfattarna till artikeln, forskningsassistent vid School of Physics & Astronomy beskriver att tidigare studier har antytt att kalenderringen sannolikt har följt månkalendern och de dubbla tekniker som vi har tillämpat i det här arbetet ökar sannolikheten för att så är fallet.

"Det har gett mig en ny uppskattning för Antikythera-mekanismen och det arbete och den omsorg som grekiska hantverkare la ner på att tillverka den – precisionen i hålens positionering skulle ha krävt mycket noggrann mätteknik och en otroligt stadig hand för att stansa dem.

Ett mätinstrument för resor över haven vilket troligen slagits sönder av fiender till skeppet där det fanns ombord. Fiender som tagit instrumentet som ett onaturligt instrument gjort av krigiska gudar (misstänker jag) då gudavärlden sågs ligga bakom det man inte förstod. Om det fanns fler instrument på andra skepp så var de knappast många om ens något. De var ett avancerat och invecklat instrument som tagit lång tid att tillverka och den som gjort det kan knappast haft tid att göra ett flertal om nu inte instrumentet var det enda i sitt slag tillverkat av ett ingenjörsgeni på den tiden.

Bild vikipedia. Framsidan av en modell från 2007 av artefakten.

Lavasjöar på månen Io

 

Månen Io är trea i storleksordning av de i dag kända 95 månarna runt Jupiter.

Nya rön från NASA:s rymdsond Juno ger nu en mer fullständig bild av hur utbredda lavasjöarna är på Io är och inklusive de vulkaniska processer som pågår där. Resultaten kommer från Junos instrument Jovian Infrared Auroral Mapper (JIRAM), som den italienska rymdorganisationen har bidragit med. JIRAM "ser" i infrarött ljus.

 Ett antal sonder har genom åren svept förbi  Jupiter där  flera förbiflygningar av Io även inkluderats under dessa förbiflygningar upptäcktes  plymer och  lavasjöar. Forskare anser numera att Io sträcks ut och pressas samman likt ett dragspel av grannmånar och den massiva Jupiter själv och det är anledningen till att den blivit den vulkaniskt mest aktiva världen i vårt solsystem.

Men även om det finns många teorier om vilka typer av vulkanutbrott som sker på Ios yta finns det få stödjande data. I både maj och oktober 2023 flög Juno förbi Io och kom inom cirka 35 000 kilometer respektive 13 000 kilometer från den. Bland Junos instrument som fick en ordentlig titt på Io fanns just ovan nämnda JIRAM. 

JIRAM är utformad till att fånga det infraröda ljuset (som inte är synligt för det mänskliga ögat) som kommer från Jupiters inre och undersöka väderskiktet ner till 50 till 70 kilometer under gasjättens molntoppar. Men under Junos förlängda uppdrag har teamet också använt instrumentet för att studera månarna Io, Europa, Ganymedes och Callisto. JIRAMs Io-bilderna visade närvaron av ljusa ringar som omgav ytan på mångfalda heta platser.

"Den höga rumsliga upplösningen i JIRAM:s infraröda bilder, i kombination med Junos gynnsamma position under förbiflygningarna avslöjade att hela Ios yta är täckt av lavasjöar som innehåller kalderaliknande formationer", beskriver Alessandro Mura en av forskarna bakom studien vid National Institute for Astrophysics i Rom. "I de områden av Ios yta där vi har mest komplett data uppskattar vi att cirka 3 procent av denna yta är täckt av en  lavasjö." (En kaldera är en stor fördjupning i en yta som bildas när en vulkan fått utbrott och ytan kollapsar.)

Forskarna publicerade en artikel den 20 juni i tidskriften Nature Communications Earth and Environment av de senaste rönen om vulkanisk aktivitet på Juno.

Bild vikipedia på Io.

Sökande efter växthusgaser på exoplaneter

En terraformad planet innebär en planet som beretts för att liv ska kunna existera där. De gaser som beskrivs i en ny studie från University of California, Riverside visar hur växthusgaser skulle kunna detekteras även vid relativt låga koncentrationer i atmosfären på planeter utanför vårt solsystem med hjälp av dagens befintlig teknik. Med exempelvis James Webb Space Telescope.

Växthusgaser är gaser som måste kontrolleras på jorden för att förhindra skadliga klimateffekter men det kan finnas skäl till att de används avsiktligt på en exoplanet i syfte att värma upp en kall ogästvänlig sådan planet.

– För oss är de här gaserna dåliga eftersom vi inte vill öka uppvärmningen av Jorden. Men de skulle vara bra för en civilisation som vill förhindra en förestående istid eller terraforma en annars obeboelig isig planet i sitt solsystem något  som även har föreslagits för Mars, beskriver Edward Schwieterman, astrobiolog vid UCR och huvudförfattare till studien.

Eftersom dessa gaser inte är kända för att förekomma i betydande mängder naturligt måste de tillverkas (på jorden genom utsläpp av bilars avgaser exempelvis). Att hitta dem på en exoplanet skulle därför vara ett tecken på intelligenta, teknikanvändande livsformer (så kallade teknosignaturer).

Växthusgaserna inkluderar fluorerade versioner av metan, etan och propan, tillsammans med gaser av kväve med fluor eller svavel med fluor. En fördel är att dessa är otroligt effektiva växthusgaser (de senare blandningarna). Svavelhexafluorid har till exempel 23 500 gånger högre uppvärmningsförmåga än koldioxid. En relativt liten mängd skulle kunna värma upp en frusen planet till en punkt där flytande vatten kan bestå på dess yta. En annan fördel med de föreslagna gaserna är att de är exceptionellt långlivade och skulle bestå i en jordliknande atmosfär i upp till 50 000 år. "De skulle inte behöva fyllas på alltför ofta för att upprätthålla ett livsvänligt klimat", beskriver Schwieterman.

Studien gjordes i samarbete med Daniel Angerhausen vid Swiss Federal Institute of Technology/PlanetS, och med forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center, Blue Marble Space Institute of Science och Paris University. Den publicerades i en artikel i Astrophysical Journal och beskriver fördelar med terraformande gaser.

Bild https://www.naturvardsverket.se

Mystik om Mörk materia.

 

I olika astronomiska observationer tyds det på att vanlig materia som vi kan se eller ta på endast utgör 5 % av universums totala massa. I Vintergatan finns det enligt denna teori för varje  kg vanlig materia i stjärnor 15 kg "mörk materia". Mörk materia som inte avger ljus och växelverkar endast med hjälp av sin gravitationskraft med vanlig materia.

De flesta forskare tror att den mörka energin består av okända elementarpartiklar, beskriver Dr Przemek Mróz från UW:s (university of Warszawa) astronomiska observatorium, huvudförfattare till två artiklar i ämnet. "Tyvärr, trots årtionden av ansträngningar har inget experiment, inklusive experiment som utförts med Large Hadron Collider, hittats partiklar som skulle kunna vara mörk materia." 

Sedan den första upptäckten av gravitationsvågor från ett sammansmältande par av svarta hål 2015 har experiment med LIGO- och Virgo instrumenten har upptäckts mer än 90 sådana händelser. Astronomer har lagt märke till att svarta hål som upptäckts av LIGO och Virgo vanligtvis är betydligt mer massiva (20–100 solmassor) än de som tidigare varit kända i Vintergatan (5–20 solmassor).

"Att förklara varför dessa två populationer av svarta hål är så olika är ett av de största mysterierna inom modern astronomi", betonar Dr Mróz.

En möjlig förklaring är att LIGO- och Virgo-detektorerna har upptäckt en population av ursprungliga svarta hål som  bildats i det mycket tidiga universum. Sedan den första upptäckten av gravitationsvågor har fler och fler forskare spekulerat i att sådana ursprungliga svarta hål kan utgöra en betydande del av, om  inte helt av mörk materia.

I en ny artikel i The Astrophysical Journal Supplement Series presenterar astronomer vid OGLE (Optical GravitationalLensing Experiment) resultaten av en nästan 20 år lång fotometrisk övervakning av nästan 80 miljoner stjärnor i en närliggande galax (Stora Magellanska molnet), av sökandet efter gravitationella mikrolinsningshändelser där. De analyserade uppgifterna samlades in under den tredje och fjärde fasen av OGLE-projektet från 2001 till 2020.

"Mikrolinsning uppstår när tre objekt – en observatör på jorden, en ljuskälla och en lins – praktiskt taget idealiskt är riktad mot ett teleskop", beskriver professor Andrzej Udalski, huvudforskare för OGLE-projektet. "Under en mikrolinsningshändelse kan källans ljus böjas och förstoras och vi observerar en tillfällig ljusökning och förstoring av källans ljus."

I den andra artikeln, publicerad i Nature, diskuteras de astrofysikaliska konsekvenserna av fynden.

– Om all mörk materiai Vintergatan bestod av svarta hål med 10 solmassor borde vi ha upptäckt 258 mikrolinsningar. För 100 svarta hål med solmassa förväntade vi oss 99 mikrolinsningshändelser. För 1000 svarta hål med solmassa – 27 mikrolinsningshändelser, förklarar Dr Mróz.

Men OGLE-astronomerna har bara hittat 13 mikrolinsningshändelser. Deras detaljerade analys visar att de alla kan förklaras av de kända stjärnpopulationerna i Vintergatan eller som undersökts det Stora Magellanska molnet inte beroende av svarta hål.

– Våra observationer tyder på att ursprungliga svarta hål inte kan utgöra en betydande del av den mörka materian men förklarar däremot de observerade svarta hålens fusionshastighet som uppmätts av LIGO och Virgo. De resultat vi fick fram kommer att finnas kvar i läroböcker i astronomi i årtionden framöver, beskriver professor Udalski.

Studien har publicerats i tidskrifterna "Nature" och "Astrophysical Journal Supplement Series

Bild flickr.com NASA:s Webb djupast infraröda bilden av universum hittills.

Hydrotermala öppningar i en exoplanets havsdjup kan stödja liv.

 

Havsvärldar är planeter och månar som har eller tidigare har haft ett flytande hav, kanske dolt under ett ishöljd yta eller i sitt steniga inre. I jordens solsystem är flera av Jupiters och Saturnus månar havsvärldar och deras existens har motiverat allt från peer-reviewed akademiska studier och rymdsonders besök.

Många forskningsresultat tyder på att vissa havsvärldar släpper ut tillräckligt med värme internt för att driva hydrotermisk cirkulation under dess havsbottnar. Denna värme genereras av radioaktivt sönderfall vilket sker djupt ner i jorden, med ytterligare värme som följd som möjligen genereras av tidvatteneffekt.

Sten-värme - vätskesystem upptäcktes på jordens havsbotten på 1970-talet, när forskare observerade utsläpp av varma vätskor, partiklar och kemikalier. Många utsläppsplatser var omgivna av egna ekosystem, ex specialiserade bakteriemattor, rödvita rörmaskar och värmeavkännande räkor.

I den nya studien, som publicerades i dagarna i Journal of Geophysical Research: Planets, visar forskarna som använt en komplex datormodell baserad på hydrotermisk cirkulation av samma slag som den sker i jordens havsdjup kan ske på en havsvärld därute. Efter att ha ändrat variabler som gravitation, värme, bergegenskaper och vätskecirkulationsdjup fann de att hydrotermiska ventiler kunde upprätthållas under ett brett spektrum av förhållanden. Om den här typen av flöden sker på en havsvärld, ex Jupiters måne Europa,  ökar oddsen för att det finns liv där.

"Studien tyder på att hydrotermiska system med låg temperatur (inte för varmt för liv) kan  upprätthållas på havsvärldar bortom jorden över tidsskalor som är jämförbara med de som krävs för att liv fick fäste på jorden", beskriver Andrew Fisher, studiens huvudförfattare och en framstående professor i jord- och planetvetenskap (EPS) vid UC Santa Cruz.

Hydrotermala öppningar (även kallade hydrotermiska öppningar eller hydrotermiska källor) är öppningar i havsbotten där det strömmar ut hett vatten blandat med mineraler och metaller. De kan finnas på ett djup av omkring 4 km under vattenytan, dit solens ljus inte når. 

Bild vikipedia Hydrotermal öppning så kallad "Black smokers" i Atlanten.

Tre så kallade superjordar funna runt stjärnan HD 48498

 

Astronomer har upptäckt tre potentiella "superjordar" som kretsar kring en relativt närliggande orange dvärgstjärna. Detta banbrytande fynd gjordes av ett internationellt forskarlag under ledning av Dr Shweta Dalal från University of Exeter.

Exoplaneterna kretsar kring stjärnan HD 48498. Dess omloppsbanor runt sin sol  är på 7, 38 respek151 jorddagar. Att uppmärksamma är att den yttersta exoplaneten befinner sig i den livsvänliga zonen av sin sol där förhållandena är sådana att flytande vatten kan finnas. Denna region, som ofta kallas Guldlockszonen, anses vara idealisk för att potentiellt stödja liv.

Forskarna betonar vikten av  upptäckten av solsystemet och noterar att denna orange stjärna är något lik vår sol och representerar det närmaste planetsystemet till oss som kan hysa en superjord i den beboeliga zonen runt en solliknande stjärna.

Dessa potentiella så kallade superjordar är planeter med en massa större än jorden men betydligt mindre än vårt solsystems isjättar Uranus och Neptunus. Superjordarna identifierades genom HARPS-N Rocky Planet Search-programmet. Under ett decennium samlade teamet in nästan 190 radialhastighetsmätningar med hög precision med hjälp av spektrografen HARPS-N. 

Studien där dessa resultat beskrivs  publicerades  i tidskriften MNRAS den 24 juni 2024.

Bild https://news.exeter.ac.uk/ Konstnärligt intryck av planetsystem HD48948 som ligger på ett avstånd av 55 ljusår från jorden. Rymdfarkosten Voyager 1 skulle med sin nuvarande hastighet ta nästan en miljon år för att nå HD48948. Bild: Soumita Samanta (https://www.soumitasamanta.com)

Mysteriet med ett svart hål som redan innehöll en miljard solmassor då universum var ungt.

 

James Webbteleskopet har observerat en galax i ett  ungt stadium av universum. När man blickar bakåt i tiden blev det tydligt att ljuset från galaxen J1120+0641 tog nästan lika lång tid på sig att nå jorden som det har tagit för universum att utvecklas fram till idag. Det är svårt att förstå hur det svarta hålet i denna galax centrum kunde ha haft ett innehåll av  över en miljard solmassor redan då i universums första tid vilket oberoende mätningar har visat.

Nya observationer av materia i närheten av det svarta hålet borde då avslöja en  effektiv matningsmekanism in i hålet men detta kunde man ej finna. Detta gör resultatet än mer extraordinärt: då det kan betyda att astrofysiker förstår mindre om galaxers utveckling än de trodde.

Den första miljarden år i  universums historia utgör en utmaning för att förstå. De tidigaste kända svarta hålen i galaxers centrum har förvånansvärt stora massor. Hur kunde de bli så massiva så snabbt? Observationen som beskrivs ovan ger starka bevis att vissa föreslagna förklaringar bör finnas särskilt mot ett "ultraeffektivt matningsläge" de tidigaste svarta hålens tillväxt kan inte ha skett slumpmässigt snabbt. 

Materia som faller in mot ett svart hål bildar en virvlande, het, ljus "ackretionsskiva". När detta händer runt ett supermassivt svart hål blir resultatet en aktiv galaxkärna. De ljusaste av dessa objekt (I Centrum av en galax) kallas kvasarer och är bland de ljusaste astronomiska objekten i hela kosmos. Den ljusstyrkan begränsar hur mycket materia som kan falla in i det svarta hålet: Ljuset utövar ett tryck som kan hindra ytterligare materia att falla in.

Därför blev astronomerna förvånade när observationer av avlägsna kvasarer under de senaste tjugo åren avslöjat mycket unga svarta hål som ändå nått massor så höga som 10 miljarder solmassor. Det tar tid för ljus att färdas från ett avlägset objekt till oss, så att se på så avlägsna objekt innebär 'ven att se in i ett avlägset förflutet. Vi ser de mest avlägsna kända kvasarerna som de var i en era som kallas "kosmisk gryning", mindre än en miljard år efter Big Bang, tiden då de första stjärnorna och galaxerna bildades.

Att förklara dessa tidiga massiva svarta hål är en stor utmaning för dagens teorier om galaxers utveckling. Kan det vara så att tidiga svarta hål var mycket effektivare på att dra till sig gas än senare svarta hål? Eller kan förekomsten av stoft påverka uppskattningar av kvasarmassan på ett sätt som fick forskarna att överskatta de tidiga svarta hålens massor? Det finns många förslag till förklaringar just nu, men ingen som är allmänt accepterad. Kvasarens breda linjeområde, där klumpar av gas kretsar runt det svarta hålet med hastigheter nära ljusets hastighet –  gör det möjligt att dra slutsatser om det svarta hålets massa och densiteten och joniseringen av den omgivande materian visar inget extraordinärt.

Genom att nästan alla egenskaper som kan härledas i ett spektrum därifrån skiljer sig J1120+0641 inte från kvasarer av yngre slag.

Sammantaget bidrar de nya observationerna bara till mysteriet: Tidiga kvasarer var lika senare epokers. Oavsett i vilka våglängder vi observerar dem är kvasarer nästan identiska vid alla tidsepoker av universum, beskriver Bosman. Inte bara de supermassiva svarta hålen själva utan även deras matningsmekanismer var tydligen redan helt "mogna" när universum bara var 5 procent av sin nuvarande ålder. Genom att utesluta ett antal alternativa lösningar ger resultaten starkt stöd för teorin att supermassiva svarta hål började med betydande massor redan från början, på astronomispråk: att de är "ursprungliga. Supermassiva svarta hål bildades inte från resterna av tidiga stjärnor och växte sedan mycket snabbt utan måste ha bildats tidigt med en massa på minst hundratusen solmassor, förmodligen genom kollaps av ett massiva tidigt gasmoln.

Vi ska ha i åtanke att universums första tid var detta mindre och hade en hög densitet av vätemoln (gasmoln) som bör ha gjort att svarta hål växt snabbt och även att svarta hål kan vara det första bland det som kom till vid BigBang.

Dr. Sarah Bosman vid Max Planck-institutet för astronomi, Heidelberg är kontaktperson för den artikel inlägget utgått från.

Bild https://www.mpg.de/ Konstnärs intryck av den ljusa kärnan i en kvasar (en aktiv galax). Det supermassiva svarta hålet i mitten är omgivet av en ljus skiva av gas och stoft. Stoftkomponenten längre ut kan skymma sikten av interiören och lyser främst i det mellersta infraröda området vilket är ljus som kan analyseras av James Webb Space Telescope. En buntad, högenergetisk partikelstråle skjuter ut i rymden från det svarta hålets omedelbara närhet vinkelrätt mot skivan.

© T. Müller / MPIA