Allmänheten uppmanas hjälpa till med att söka efter nya svarta hål

 

Dutch Black Hole Consortium  har lanserat en 8-språkig version av BlackHoleFinder-appen en app som medborgare över hela världen kan använda till att hjälpa astronomer  identifiera okända nybildade svarta hål. Tidigare var app endast tillgänglig på nederländska och engelska. Nu finns den även på spanska, tyska, kinesiska, bengali, polska och italienska vilket kraftigt ökar antalet personer som kan komma åt medborgarforskningsappen på sitt modersmål.

Medborgare runt om i världen uppmanas att hjälpa astronomer att identifiera vilka källor som är intressanta och bör följas upp  ex potentiella kilonovor och vilka källor som är falska källor. Den första, och hittills enda, observationen av en kilonova gjordes den 18 augusti 2017: en kort ljusblixt som orsakades av att två neutronstjärnor slogs samman. Denna sammanslagning resulterade i bildandet av ett svart hål med massa som en stjärna. Det var en unik händelse.

Förutom en ljusblixt detekterades även gravitationsvågor under millisekunder fram till sammanslagningen. Det var första gången som astronomer kunde detektera både gravitationsvågor och elektromagnetisk strålning från en händelse som denna.

En kilonova är en övergående astronomisk händelse som inträffar i ett kompakt dubbelstjärnsystem när två neutronstjärnor eller en neutronstjärna och ett svart hål smälter samman. Dessa sammanslagningar tros producera gammablixtar och avge stark elektromagnetisk strålning och kallas "kilonovor

Bild wikipedia En visuell tolkning av ett svart hål eller neutronstjärna med en närliggande stjärna utanför dess Roche-gräns (följ gärna länken här för att se en intressant förklaring bild för bild på hur Rochegräns fungerar i förhållande till ett objekt) Infallande materia bildar en ackretionsskiva samtidigt som materia runt om med mycket hög energi slungas ut i form av strålar.

Sammansmältningar av neutronstjärnor belyser kvarkmateriers värld

 

Neutronstjärnor består av resterna av gamla stjärnor som har fått slut på sitt kärnbränsle och genomgått en supernovaexplosion och en efterföljande gravitationskollaps. Även om kollisioner eller binära sammanslagningar av neutronstjärnor  är sällsynta kan dessa våldsamma händelser störa själva rumtiden och ge gravitationsvågor som kan upptäckas på jorden fast de skett hundratals miljoner ljusår bort.

Under en neutronstjärnkollision ändrar stjärnorna snabbt form och värms upp, något som orsakar förändringar i materiens tillstånd. Sammanslagningen kan även ge upphov till kvarkmateria, där elementarpartiklarna kvarkar och gluoner, vanligtvis inneslutna i protoner och neutroner, frigörs och börjar röra sig fritt. 

Professor Aleksi Vuorinen vid Helsingfors universitet förklarar hur vår förståelse för enskilda neutronstjärnors egenskaper har förbättrats avsevärt under de senaste åren. Men vi förstår fortfarande inte helt vad som händer vid den högsta densitet som uppnås eller i de dynamiska miljöer som uppstår vid kollisionerna.

– Att beskriva neutronstjärnkollisioner är utmanande för teoretiker eftersom alla konventionella teoretiska verktyg verkar bryta ihop på ett eller annat sätt i dessa tidsberoende och extrema system, beskriver Vuorinen.

Ett nyckelbegrepp i studiet av neutronstjärnkollisioner är bulkviskositeten innebärande att neutronstjärnmateria av partikelinteraktioner som motstår flödet i systemet. Forskare vid Helsingfors universitet har tillsammans med sina kollegor utomlands lyckats bestämma viskositeten hos tätpackad kvark genom att kombinera två olika teoretiska metoder. En av metoderna som användes baserades på strängteorin medan den andra bygger på störningsteorin som är en klassisk metod inom kvantfältteori.

I allmänhet beskriver man olik viskositet som hur "klibbigt" flöde av en given vätska är. Det mest kända exemplet är skjuvviskositet  vars effekter kan ses i flödet av ämnen som honung och vatten: honung flyter långsamt eftersom det har hög viskositet, medan vatten flyter snabbt på grund av dess lägre viskositet.

Bulkviskositet å andra sidan, beskriver energiförlust i ett system som genomgår radiella svängningar vilket innebär att dess densitet ökar och minskar  periodiskt. Det är  sådana svängningar som sker då neutronstjärnor sammanslås vilket gör bulkviskositet till den mest centrala transportkoefficienten i neutronstjärnkollisioner.

I en studie som nyligen publicerades i Physical Review Letters bestämdes viskositeten hos kvarkmateria på två sätt: med hjälp av den så kallade AdS/CFT-dualiteten, vanligen kallat holografi och störningsteorin.

Inom holografi bestäms egenskaperna i starkt kopplade kvantfältteorier genom att studera gravitationen i ett högre dimensionellt krökt rum. När det gäller kvarkmateria  att systemet  beskrivas vid de densiteter och temperaturer som uppkommer vid neutronstjärnkollisioner genom växelverkan inom kvantkromodynamik (QCD) som är teorin om den starka kärnkraften som i detta sammanhang är mycket stark. På grund av tekniska skäl kan metoden dock inte direkt beskriva QCD utan man undersöker snarare detta genom den  fenomenologiska metoden. 

Den andra metoden som används i  arbetet, störningsteorin, är kanske det mest använda verktyget inom teoretisk partikelfysikforskning. I detta tillvägagångssätt bestäms fysiska storheter som potensserier i kopplingskonstanter i en teori som beskriver styrkan i interaktionen. Denna metod kan beskriva QCD direkt men är bara tillämpbar vid densitet långt över de som finns i neutronstjärnor.

Till forskarnas glädje ledde de två metoderna till mycket likartade resultat vilket förstärkte teorin att viskositeten i kvarkmateria når sin topp vid betydligt lägre temperaturer än i kärnmateria.

– Resultaten kan bli till hjälp vid tolkningen av framtida observationer. Vi kan till exempel leta efter viskösa effekter i framtida gravitationsvågsdata och frånvaron av sådana vilket kan avslöja om kvarkmateria bildas vid neutronstjärnkollisioner beskriver universitetslektor Niko Jokela.

Forskningen genomfördes i ett internationellt samarbete med starkt finländskt deltagande i gruppen på nio författare i studien  där professor Aleksi Kurkela från Stavangers universitet gruppledare var Matti Järvinen från Asia Pacific Center for Theoretical Physics i Sydkorea och postdoktoral forskare Saga Säppi från Münchens tekniska universitet ingick.

Bild https://www.helsinki.fi/en/news Under en neutronstjärnkollision ändrar stjärnorna snabbt form och värms upp vilket orsakar förändringar i materiens tillstånd. Sammanslagningen kan också ge upphov till kvarkmateria där elementarpartiklarna kvarkar och gluoner, vanligtvis inneslutna i protoner och neutroner frigörs och börjar röra sig fritt.

Enligt forskningsresultat i kvarkmateria når bulkviskositetensin topp vid betydligt lägre temperaturer än i kärnmateria. (Bild: University of Warwick/Mark Garlick)

Rymdteleskopet NEOWISE har stängts av.

 

"NEOWISE-uppdraget har varit avgörande i vår strävan att kartlägga luftrummet och inhämta kunskap om den jordnära miljön. Dess stora antal upptäckter har utökat  kunskapen om asteroider och kometer i vår närhet samtidigt som det har stärkt Jordens försvar, beskriver Laurie Leshin, chef för NASA JPL.  

"När vi tar farväl av NEOWISE hyllar vi också teamet bakom för deras imponerande prestationer."

Genom att upprepade gånger observera skyn från låg omloppsbana runt jorden skapade NEOWISE kartor över hela himlen utifrån 1,45 miljoner infraröda mätningar av mer än 44 000 objekt i solsystemet. Av de mer än 3 000 jordnära objekt som upptäckts över tid upptäcktes 215 av dessa först av NEOWISE. NEOWISE upptäckte även 25 tidigare okända kometer, inklusive den berömda kometen C/2020 F3 NEOWISE som svepte över natthimlen sommaren 2020.

Ingenjörer på NASA:s NEOWISE-uppdrag (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) beordrade rymdfarkosten att stänga av sin sändare för sista gången torsdagen den 8:e  2024. Detta avslutade mer än 10 år av NEOWISE  uppdrag att söka efter asteroider och kometer.

Det slutliga kommandot sändes från Earth Orbiting Missions Operation Center vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien med tidigare och nuvarande projektmedlemmar närvarande tillsammans med tjänstemän från byråns huvudkontor i Washington. NASA:s Tracking and Data Relay Satellite System vidarebefordrade sedan signalen till NEOWISE och rymdfarkosten var ur bruk. Som NASA tidigare meddelat avslutades rymdfarkostens vetenskapliga uppdrag den 31 juli och alla återstående vetenskapliga data kopplades ner.

NASA avslutade uppdraget eftersom NEOWISE snart kommer att sjunka för lågt i sin omloppsbana runt jorden för att kunna ge användbara vetenskapliga data. En ökning av solaktiviteten värmer upp den övre atmosfären vilket får teleskopet  att expandera och skapa spänningar i materialet rymdfarkosten  är uppbyggd av.  NEOWISE har inte ett framdrivningssystem för att hålla den kvar i sin omloppsbana.

NEOWISE förväntas brinna upp i Jordens atmosfär på ett säkert sätt i slutet av 2024.

Bild https://www.jpl.nasa.gov/news Bilden ovan är den 26 886 704:e och sista exponeringen som togs av NEOWISE runt midnatt PDT den 31 juli 2024. Bilden gjordes från data som samlats in av de två infraröda kanalerna ombord på rymdfarkosten NEOWISE, där den längre våglängdskanalen (centrerad på 4,6 mikron) mappades till rött och den kortare våglängdskanalen (3,4 mikron) mappades till cyan. Bilden visar en del av stjärnbilden Fornax på södra stjärnhimlen. Fotograf: NASA/JPL-Caltech/IPAC/UCLA

Vart tar ”resten” från neutronstjärnors kollisioner vägen

 

En vit dvärg är en stjärna som består av joniserad materia, det sista steget i stjärnors existens. Stjärnor som inte är tillräckligt stora för att kollapsa till neutronstjärna eller ett svart hål med massa mindre än ungefär 9 solmassor alternativt är mycket stora och försvinner som supernova.  Neutronstjärnor har extremt hög densitet  en tesked materia av dessa  väger mer än en miljard ton. Neutronstjärnornas intensiva dragningskraft i form av gravitation  drar til sig omgivande materia och även närliggande stjärnor. När denna materia faller in mot neutronstjärnan värms det upp och lyser i röntgensken.

Efter en kollision mellan neutronstjärnor uppstår ett nytt himlaobjekt som kallas "en rest". Men vad denna "rest" består av vet man inte i dag. Forskare försöker avslöja detta inklusive om "resten" kollapsar till ett svart hål och hur snabbt detta i så fall sker. Genom avancerade superdatorsimuleringar har forskare fördjupat sig i den inre strukturen av dessa "rester" och utforskat deras kylningsprocess främst orsakad av neutrinoutsläpp. Dessa fynd avslöjar ett centralt objekt omgivet av en snabbt roterande ring av het materia. Om dessa "rester" undviker kollaps förväntas att de släpper ut majoriteten av sin inre energi inom några sekunder efter att de bildats.

Genom att observera när neutronstjärnor smälter samman i rymden får forskarna insikter i hur kärnmateria beter sig under de extrema förhållanden som inte kan replikeras på jorden. Kärnmateria är ett hypotetiskt ämne som består av protoner och neutroner som hålls samman av den starka kraften. Av särskilt intresse  om trycket från den starka kraften kan stoppa svarta hål från att bildas. I den här studien fokuserade forskarna på vad som händer när neutronstjärnor smälter samman men inte blir svarta hål. Forskningen utforskade neutronstjärnornas tidiga utveckling endast några ögonblick efter att de skapats.Detta var en utgångspunkt för att identifiera de astronomiska signaler som kan bidra till att besvara frågor om neutronstjärnor och bildandet av svarta hål.

Det var forskare vid Pennsylvania State University som  använde superdatorsimuleringar med allmänrelativistisk hydrodynamik av neutrinostrålning för att förstå den inre strukturen hos "rester" från neutronstjärnkollisioner. De studerade också hur resterna kyls ner genom att de avger neutriner. I detta arbete användes de beräkningsresurser som finns tillgängliga via Department of Energy's National Energy Research Scientific Computing Center Leibniz Supercomputing Centre i (Tyskland) och Institute for Computational and Data Science vid Pennsylvania State University.

Man fann att "rest" av neutronstjärnekollisioner består av ett centralt objekt som innehåller det mesta av systemets massa, omgivet av en ring av het materia i snabb rotation som innehåller en liten del av massan men en stor del av rörelsemängd. Till skillnad från de flesta stjärnor har den inre "resten" en högre temperatur på sin yta än i sin kärna så konvektiva plymer förväntas inte bildas när "resten" kyls ner genom att sända ut neutriner.

Mitt förslag är att se händelsen och "resten" på enbart  på kvantfysiknivå då kanske det blir ny kunskap som visar hur allt fungerar vid en kollision av detta slag. Glöm ej heller strängteorin.

Bild wikipedia på en modell av en neutronstjärna.

Den lyckade asteroidjägaren GAIA och dess 3:e datainsamling

 

Tack vare sin unika förmåga att skanna av hela himlen har Gaia gjort ett stort antal viktiga asteroidupptäckter sedan uppskjutningen 2013. I senast  insamlade datan den tredje pekade Gaia exakt ut positionerna och rörelserna hos mer än 150 000 asteroider så exakt att forskarna kunde se och undersöka de asteroider som uppvisar den karakteristiska "vinglingen" som orsakas av störningen från en följeslagare i omloppsbana (samma mekanism som visas för en dubbelstjärna och i ovan fall visar att asteroiden har en måne). Gaia samlade också in data om asteroiders sammansättning och sammanställde den största samlingen någonsin av asteroiders "reflektansspektra" (ljuskurvor som avslöjar ett objekts färg och sammansättning). De mer än 150 000 omloppsbanor som bestämdes i Gaias utgåva 3 förfinades och gjordes 20 gånger mer precisa vilket var en del av det tredje insamlandets uppgift. Ännu fler omloppsbanor runt asteroider kommer att samlas in som en del av Gaias kommande 4 insamling (förväntas bli klar i mitten av 2026).

"Gaia har visat sig vara en enastående asteroidfinnare i arbetet med att avslöja kosmos hemligheter både inom och bortom solsystemet", beskriver Timo Prusti, Project Scientist för Gaia vid ESA. "Detta resultat belyser hur varje offentliggörande av Gaia-data är ett stort steg framåt i datakvalitet och visar detta nya kunskapsinhämtande som möjliggjorts av uppdraget.

" ESA kommer att utforska binära asteroider ytterligare via det kommande Hera-uppdraget vars farkost Hera ska sändas upp senare under 2024. https://www.heramission.space/

Bild https://www.esa.int Gaia upptäcker möjliga månar runt hundratals asteroider.

En slöja av stoft i en galax 70 miljoner ljusår bort.

 

Ett team av internationella forskare under ledning från  Newcastle University har använt James Webb Space Telescope (JWST) och upptäckt en tidigare okänd slöja av stoft i galaxen ESO 428-G14 som finns 70 miljoner ljusår bort från oss. Energin som värmer upp stoftet kommer från kollisioner mellan gas som strömmar nära ljusets hastighet snarare än från strålning från det supermassiva svarta hålet i galaxen.

Upptäckten skedde under ledning av Houda Haidar, PhD student in the School of Mathematics, Statistics and Physics och resultatet publicerats i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS). Houda och hennes team är medlemmar i Galactic Activity, Torus, and Outflow Survey (GATOS), ett internationellt samarbete som studerar de centrala delarna i närliggande galaxer med hjälp av JWST. Teamet vid Newcastle University har arbetat med några av de första dedikerade JWST-observationerna som gjorts.

Astronomer definierar en aktiv galaxkärna (AGN) som ett supermassivt svart hål, miljoner till miljarder gånger större solens massa som växer genom att i första hand dra till sig gas. I många AGN blockerar de tjocka molnen av stoft och gas som matar kärnan sikten för observatörer på jorden. JWST:s infraröda syn ser däremot igenom detta stoft och avslöjar den av gas dolda kärnan. Samtidigt gör teleskopets skarpa lins det möjligt för oss att för första gången bestämma den detaljerade strukturen hos detta stoft.

De nya bilderna från JWST av ESO 428-G14 avslöjar att en stor del av stoftet nära det supermassiva svarta hålet är utspritt längs med radiostrålars riktning från det svarta hålet. Oväntat nog fann forskarna ett nära samband mellan stoftet och radiostrålen (jetstrålen brukar vara en vanligare begrepp) vilket tyder på att jetstrålar i sig kan vara det som värmer upp och formar stoftmolnet.

Dr David Rosario, universitetslektor vid Newcastle University, och medförfattare till studien, säger: "Det finns en del debatt om hur AGN överför energi till sin omgivning. Vi förväntade oss inte att se radiojetstrålar göra detta. Men här verkar det vara så''

Genom att studera stoft nära supermassiva svarta hål lär vi oss hur galaxer återvinner material, vilket i slutändan hjälper oss att förstå de processer genom vilka supermassiva svarta hål påverkar galaxer.

Material som kan komma från supernovor exempelvis

Bild https://www.ncl.ac.uk/press En trefärgsbild av galaxen ESO 428-G14, tagen av James Webb Space Telescope.

NASA tränar just nu en maskininlärningsalgoritm för analys av prover från Mars

 

När den under ledning av  ESA   Rosalind Franklin-rovern åker till Mars  vilket sker tidigast 2028 får en av NASA:s maskininlärningsalgoritmer sin första chans att glänsa efter mer än ett decennium av dataträning i labbmiljö.

Mars Organic Molecule Analyzer (MOMA) är ett masspektrometerinstrument som då kommer att finnas ombord på rovern. Instrumentet kommer att analysera prover som samlats in från borrprov en bit under Mars yta och skicka resultaten tillbaka till jorden där de kommer att matas in i algoritmen för att identifiera organiska föreningar i proverna.

Om några organiska föreningar upptäcks av rovern kan algoritmen avsevärt påskynda processen att identifiera dem vilket sparar tid för forskarna när de bestämmer hur och var de mest effektivt ska använda roverns tid på Mars.

Inom artificiell intelligens är maskininlärning ett sätt för datorer att lära av insamlad data för att identifiera mönster, fatta beslut och dra slutsatser.

Denna automatiserade process bör bli kraftfull när mönstren kanske inte är uppenbara för mänskliga forskare som ser på samma data vilket är typiskt i stora, komplexa datamängder som de i avbildning och spektralanalys. I MOMA:s fall har forskare samlat in laboratoriedata i mer än ett decennium beskriver Victoria Da Poian datautvecklare vid NASA Goddard som är med och leder utvecklingen av maskininlärningsalgoritmen. Forskarna tränar algoritmen genom att mata den med exempel på ämnen som kan finnas på Mars och märka upp vilka de är.

Algoritmen kommer att använda MOMA-data som in- och utdata till förutsägelser av den kemiska sammansättningen av analyserade prov baserat på dess träning. MOMA-projektet leds av Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) i Tyskland med Dr. Fred Goesmann som huvudansvarig för testerna. Forskningscentret NASA Goddard var centret som utvecklade och byggde delsystemet MOMA-masspektrometer. 

Bild wikipedia Kap Verde, Victoriakratern, Meridiani Planum. Bilden är tagen av roboten Opportunity. Klippan är ungefär 6 meter hög.