Ny metod i sökandet efter atmosfär på exoplaneter

 

Bild https://pxhere.com/en/photo/741447 på okänd exoplanet.

En studie utförd av doktorand Qiao Xue vid University of Chicago tillsammans med professor Jacob Beans grupp på samma universitet har visat ett nytt sätt att avgöra om avlägsna exoplaneter har  atmosfär. Den nya tekniken har potential att hjälpa oss att lära mer om mönster i atmosfärer.

Atmosfärer sprider värme runt en planets yta men sänker temperaturen på den varmaste sidan av planeten (som är direkt vänd mot sin sol och tvärtom). Forskarnas hypotes i studien var att om en exoplanets faktiska temperatur inte är så hög som den teoretiskt sett skulle kunna vara kan vi anta att dess atmosfär förhindrar detta.

Problemet var dock tills nu att vi har saknat instrument som är tillräckligt känsliga för att ge tillräckligt exakta avläsningar för dessa temperaturer. James Webb Space Telescope har ändrat på det och erbjuder en ökad kapacitet att se i infrarött vilket gör det möjligt för forskare att registrera planeternas temperaturer genom att mäta intensiteten på den energi de avger.

När exoplaneter passerar framför sin sol skymmer de en del av stjärnans ljus vilket leder till en liten minskning av stjärnans uppmätta ljusstyrka. När planeten befinner sig nästan bakom stjärnan i förhållande till våra visningsenheter kan vi fånga systemets maximala ljusstyrka – det vill säga den oskymda stjärnan i kombination med det jämförelsevis minimala ljuset som sänds ut från planeten.

 När planeten passerar bakom stjärnan i förhållande till vår vy kan vi registrera ljuset som stjärnan sänder ut på egen hand. Genom att subtrahera detta mått på ljus från mätningen av ljuset från stjärnan i kombination med ljuset från planeten kan ljusstyrkan och därmed temperaturen på planeten härledas.

På detta sätt drog Xue slutsatsen att den första planet som hon tillämpade den nya metoden på exoplaneten GJ1132 b (vilken finns 39 ljusår från oss) inte har någon atmosfär – den uppmätta temperaturen på planeten är för nära den beräknade maximala temperaturen för att antyda någon temperaturreglerande komponent på planeten. – Den är därför inte en lämplig kandidat för liv, beskriver hon. 

Den nya metoden är inte det enda sättet att avgöra om en exoplanet har en atmosfär eller inte, men den är ett enklare och mer tillförlitligt sätt att söka efter avlägsna planeter med atmosfärer. Xue beskriver att den är mindre mottaglig för falska negativa och positiva resultat än den tidigare tekniken. "Den tidigare tekniken mäter ljus som filtreras genom planetens atmosfär och är mer utmanande eftersom den kan förväxlas med aktivitet på stjärnan och närvaron av moln", beskriver Bean.

Om forskarna kan förstå vad som ger upphov till atmosfärer på planeter blir det lättare att utesluta obeboeliga planeter i jakten på exoplaneter som upprätthåller liv.

"Den här studien var spännande eftersom jag äntligen fick chansen att arbeta med stenplaneter, som är drömobjektet för varje exoplanetforskare eftersom de har så stor potential för liv", beskriver Xue. "Nu är jag så spänd på att se vad som kommer härnäst."

Studieförfattare utöver Xue vid UChicago var Jacob Bean, Michael Zhang och Edwin Kite, samt medförfattare från Harvard och Smithsonian Center for Astrophysics, Cornell University, University of Arizona och Peking University i Kina.

Att utarbeta en säker spårning efter atmosfärers sammansättning på exoplaneter skulle vara en säker metod att lättare utelämna eller bekräfta en exoplanets möjlighet att hysa liv. Den metoden finns ännu inte. Metoden ovan är en ny metod som måste användas tillsammans med övriga men en enkel och säker egen metod finns ännu inte.

En avlägsen galax med roterande skiva

 

Bild https://www.eso.org  Astronomer har upptäckt den mest avlägsna Vintergatsliknande galaxen som hittills skådats. Galaxen har beteckningen REBELS-25 och ser lika välordnad ut som dagens galaxer, trots att vi ser den vid en tidpunkt då universum bara var 700 miljoner år gammalt. Den välordnade strukturen är förvånande då unga galaxer enligt vår nuvarande förståelse borde vara mer kaotiska. Rotationen och strukturen hos REBELS-25 avslöjades med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), där European Southern Observatory (ESO) är partner.

De galaxer vi ser idag har utvecklats drastiskt jämfört med de kaotiska, oformliga motsvarigheter som astronomer vanligtvis observerar i det tidiga universum. "Enligt vår förförståelse av galaxbildningen förväntar vi oss att de flesta tidiga galaxer är små med oordnade stjärnor och form", beskriver Jacqueline Hodge, astronom vid Leiden University, Nederländerna, och medförfattare till studien.

Dessa oformliga, tidiga galaxer smälter så småningom samman med varandra och utvecklas till en mer ordnad form i en mycket långsam takt. Dagens teorier tyder på att en galax som är lika välordnad som vår egen Vintergata - en roterande skiva med välordnade strukturer i form av spiralarmar som utvecklats under flera miljarder års tid. Detektionen av REBELS-25 är därför en utmaning i tidsskalan vi förutsätter är riktig.

I studien, som har accepterats för publicering i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, beskriver astronomerna att REBELS-25 är den mest avlägsna och är den kraftigt roterande skivgalax som hittills har upptäckts. Det ljus som når oss galaxen sändes ut när universum bara var 700 miljoner år gammalt – endast fem procent av universums nuvarande ålder (13,8 miljarder år) – därför är REBELS-25:s ordnade rotation ett helt oväntat fynd.

"Att upptäcka en galax med sådana likheter med vår egen Vintergata, som är starkt rotationsdominerad, utmanar vår förståelse av hur snabbt galaxerna i det tidiga universum utvecklades till de ordnade galaxer vi ser i dagens kosmos", beskriver Lucie Rowland, doktorand vid Leidenuniversitet och huvudförfattare till studien. Forskningsresultaten presenteras i artikeln “REBELS-25: Discovery of a dynamically cold disc galaxy at z=7.31” som publicerats i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Det bör ge tankar åt att vi missat något väsentligt i universums tillblivelse när vi upptäckter anomalier som denna galax utveckling i förhörhållande till vår nuvarande förförståelse av tid och utveckling.

Ny teori om hur Mars blev en livlös värld

 

Bild https://science.nasa.gov  En illustration av den tidigare Mars med flytande vatten (blå områden) på ytan. NASA/MAVEN/ The Lunar and Planetary Institute.

Mars yta är kall och fientlig mot liv i dag. Men NASA:s robotutforskare på Mars söker efter ledtrådar till om ytan på Mars kan ha stött liv i ett avlägset förflutet. Forskare använde instrument ombord på rymdbilen Curiosity för att mäta isotopsammansättningen i de kolrika mineraler (karbonater) som finns i Gale-kratern och fick då nya insikter om hur den röda planetens uråldriga klimat förändrats.

"Isotopvärdena för dessa karbonater pekar mot extrema mängder avdunstning, vilket tyder på att de sannolikt bildades i ett klimat som med tillfälligt flytande vatten", beskriver David Burtt vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, huvudförfattare till en artikel som beskriver denna forskning och som publicerades den 7 oktober 2024 i Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Våra prover stämmer inte överens med en forntida miljö med liv (biosfär) på Mars yta, även om detta inte utesluter möjligheten av en underjordisk biosfär eller en ytbiosfär som började och slutade innan dessa karbonater bildades." Innebärande tillfälligt flytande vatten innan det avdunstade men inte under så lång tid att livsformer kan ha uppstått, levt här och förökats.

Isotoper är versioner av ett grundämne med olika massor. När vatten avdunstade var det mer sannolikt att lätta versioner av kol och syre flydde ut i atmosfären, medan de tunga versionerna lämnades kvar oftare, ackumulerades i högre mängder och i detta fall så småningom inkorporerades i karbonatstenarna. Forskare är intresserade av karbonater på grund av deras bevisade förmåga att fungera som klimatregister. Dessa mineraler kan behålla signaturer av de miljöer där de bildades, inklusive vattnets temperatur och surhetsgrad, och sammansättningen av vattnet och atmosfären i förfluten tid.

Upptäckten gjordes med hjälp av instrumenten Sample Analysis at Mars (SAM) och Tunable Laser Spectrometer (TLS) ombord på rovern Curiosity. SAM värmer upp prover till nästan nära 900 °C och sedan används TLS för att analysera de gaser som produceras under uppvärmningsfasen.

Finansieringen för detta arbete kom från NASA:s Mars Exploration Program genom projektet Mars Science Laboratory. Curiosity byggdes av NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL), som drivs av Caltech i Pasadena, Kalifornien. JPL leder uppdraget på uppdrag av NASA:s Science Mission Directorate i Washington. NASA Goddard byggde SAM-instrumentet, som är ett vetenskapligt laboratorium i miniatyr som innehåller tre olika instrument för att analysera kemi, inklusive TLS, plus mekanismer för hantering och bearbetning av prover.

EN ångande värld

 

Bild  https://nouvelles.umontreal.ca/en illustration av exoplaneten GJ 9827 där man hittat en betydande mängd vattenånga i dess atmosfär.

I en kanadensiskt ledd internationell studie har avslöjats nya rön om atmosfären hos GJ 9827 d – en exoplanet som kretsar kring stjärnan GJ 9827 i stjärnbilden Fiskarna, cirka 98 ljusår från jorden. Upptäckten gjordes med hjälp av James Webb Space Telescope.

I studien fann man att planetens atmosfär innehåller en hög koncentration av tyngre molekyler, inklusive en betydande mängd vattenånga vilket fick astronomer att misstänka att det kan vara en "ångvärld".

GJ 9827 d antas inte vara möjlig för liv på grund av sin närhet till sin sol och den höga yttemperaturen (runt 350 grader Celsius) men upptäckten är ett stort steg framåt i sökandet efter livsvänliga miljöer.

Närvaron av en tung, vattenrik atmosfär på en liten planet som GJ 9827 d ger bevis på konceptet att sådana atmosfärer existerar och kan studeras med JWST:s instrument.

– Det här är ett stort steg mot målet att söka efter atmosfärer runt mindre, jordliknande planeter, beskriver Piaulet-Ghorayeb doktorand vid Université de Montréals Trottier Institute for Research on Exoplanets (IREx).

Tidigare i år och med hjälp av data från rymdteleskopet Hubbleteleskopet beskrev IREx-forskare att de hade upptäckt vatten i atmosfären hos GJ 9827 d, vilket gör den till den minsta exoplaneten med en bekräftad atmosfär. Planeten är ungefär dubbelt så stor som jorden. Tillsammans öppnar upptäckten nya vägar för sökandet efter liv bortom vårt solsystem och ökar vår förståelse för hur planeter bildas och dess sammansättning.

Studien, som publiceras i Astrophysical Journal Letters, leddes av Caroline Piaulet-Ghorayeb,  i samarbete med forskare från ett flertal institutioner i världen.

En märklig form på en galax

 

Bild wikipedia NGC 4694 imaged by the Hubble Space Telescope

Bilden ovan är från NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble. Den visar galaxen NGC 4694 som finns 54 miljoner ljusår från jorden i galaxhopen Virgo.

Merparten av galaxer är av två grundtyper. Spiralgalaxer vilka är unga och energifyllda och har gas  för att bilda nya stjärnor och dessa galaxer har som namnet antyder spiralarmar (vintergatan är en sådan). Elliptiska galaxer ser ut som en stor ljusstark stjärna från oss sett och består huvudsakligen av en enhetlig population av äldre och rödare stjärnor och här har stjärnbildning nästan helt stannat av. Sedan finns galaxer som kräver djupgående studier för att klassificeras.

NGC 4694 har en slät skiva (utan spiralarmar) likt en elliptisk galax och här pågår mycket liten stjärnbildning. Ändå är dess stjärnpopulation fortfarande relativt ung och nya stjärnor håller aktivt på att bildas i dess kärna vilket får dess centrum att vara ljusstarkt  och ger galaxen en markant annorlunda profil än den hos en klassisk elliptisk galax.

Elliptiska galaxer innehåller oftast stora mängder stoft men i allmänhet inte det bränsle som behövs för att bilda nya stjärnor. NGC 4694 är fylld med vätgas och stoft som normalt ses i en ung och energirik spiralgalax och ett enormt moln av osynlig vätgas omger galaxen.

Som den här Hubble-bilden avslöjar bildar NGC 4694:s stoft kaotiska strukturer som indikerar någon form av störning. Det visar sig att molnet av vätgas runt NGC 4694 bildar en lång bro till en närliggande, ljussvag dvärggalax som fått namnet VCC 2062. 

De två galaxerna har genomgått en våldsam kollision och den större NGC 4694 drar till sig gas från den mindre galaxen. Denna kollision bidrog till att ge NGC 4694 dess säregna form och stjärnbildningsaktivitet som klassificerar den som en linsformad galax.

Inlägget ovan har sin utgångspunkt från NASA https://science.nasa.gov/

I en förseglad spricka i en 3 miljarder år gammal sten fanns mikrober

 

Bild https://www.u-tokyo.ac.jp  The Bushveld Igneous Complex (BIC), Sydafrika. Bilden visar en mycket berömd häll där nästan horisontella svarta och vita lager kan ses.

Fickor av mikrober har hittats i en förseglad spricka i en 2 miljarder år gammal sten. Stenen grävdes ut från berget i  Bushveld Igneous Complex i Sydafrika, ett område som är känt för sina rika malmfyndigheter.

Detta är det äldsta exemplet på levande mikrober som hittats i uråldriga bergarter. Teamet som var involverat i studien byggde vidare på sitt tidigare arbete för att fullända en teknik som involverade tre typer av avbildning – infraröd spektroskopi, elektronmikroskopi och fluorescensmikroskopi – för att bekräfta att mikroberna var inhemska i det gamla kärnprovet och inte orsakade av kontaminering under hämtnings- och studieprocessen.

Kolonier av mikrober lever i stenar långt under ytan och lyckas på något sätt överleva i tusentals till och med miljontals år. Dessa små, motståndskraftiga organismer verkar leva livet i en långsammare takt och utvecklas knappt över geologiska tidsperioder och ger oss därför en chans att kika tillbaka i tiden. Nu har forskare hittat levande mikrober i ett stenprov som daterats till att vara 2 miljarder år gammalt. Det är kända mikrober. Men fyndet ger idé om att söka efter eventuellt liv på liknande tillslutna stenar på Mars.

Studiens författare och studiens namn är följande:  Yohey Suzuki, Susan J. Webb, Mariko Kouduka, Hanae Kobayashi, Julio Castillo, Jens Kallmeyer, Kgabo Moganedi, Amy J. Allwright, Reiner Klemd, Frederick Roelofse, Mabatho Mapiloko, Stuart J. Hill, Lewis D. Ashwal, Robert B. Trumbull, "Subsurface Microbial Colonization at Mineral-Filled Veins in 2-Billion‐Old Mafic Rock from the Bushveld Igneous Complex, South Africa," Microbial Ecology: 2 oktober 2024, doi:10.1007/s00248-024-02434-8.

Ovanlig strålning av flyktig gas ses från den isiga Centaur 29P

 

Bild  https://webbtelescope.org/  En konstnärs koncept av Centaur 29P/Schwassmann-Wachmann 1:s utgasningsaktivitet.

Kentaurer (asteroider) är avlägsna objekt som kretsar runt solen mellan Jupiter och Neptunus. NASA:s James Webb Space Telescope har kartlagt gaser som kommer från ett av dessa objekt (Centaur 29P) resultatet tyder på en varierad sammansättning av gasen och ger nu nya insikter om hur solsystemet bildades och utvecklades. Dessa små isiga objekt kallade centaurer befinner sig i en övergångsfas och har varit föremål för olika studier av forskare som försöker förstå deras sammansättning, orsakerna bakom deras utgasningaktivitet - förlusten av deras is som finns under ytan - och hur de fungerar som en länk mellan ursprungliga isiga kroppar i det yttre av solsystemet och  kometer.

Ett team av forskare använde nyligen Webbsinstrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) för att samla in data om Centaur 29P/Schwassmann-Wachmann 1, ett objekt som är känt för sina mycket aktiva och kvasiperiodiska utbrott av gas. Gasen varierar i intensitet var sjätte till åttonde vecka vilket gör asteroiden till ett av de mest aktiva objekten i det yttre av solsystemet. Det upptäcktes en  stråle av kolmonoxid (CO) och tidigare osedda jetstrålar av koldioxid (CO2) vilket ger nya ledtrådar till vad kentaurens kärna består av.

"Kentaurer kan betraktas som rester från vårt planetsystems bildande. Eftersom de lagras vid mycket kalla temperaturer bevarar de information om flyktiga ämnen från de tidiga stadierna av solsystemet, beskriver Sara Faggi vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och American University i Washington, DC, vilken är huvudförfattare till studien. "Webb öppnade verkligen dörren till en betydligt bättre upplösning i bilder och känslighet som imponerade på oss – när vi såg datan för första gången blev vi entusiastiska. Vi hade aldrig sett något liknande." beskriver Faggi.

Kentaurers avlägsna omloppsbanor och därav följande ljussvaghet har tidigare hindrat detaljerade observationer. Data från tidigare radiovåglängdsobservationer av Centaur 29P visade en jetstråle som i allmänhet pekade mot solen (och jorden) och bestod av CO. Webb upptäckte denna jetstråle rakt framifrån och tack vare dess stora spegel- och infraröda kapacitet söktes efter  andra kemikalier, inklusive vatten (H2O) och CO2. Det senare (CO2) är en av de viktigaste gaserna där kol lagras i hela solsystemet. Inga tydliga tecken på vattenånga upptäcktes i atmosfären hos 29P, vilket skulle kunna relateras till de extremt kalla temperaturerna i kentauren.

Teleskopets unika avbildnings- och spektraldata avslöjade aldrig tidigare skådade egenskaper: två jetstrålar av CO2 som kommer från norr och söder, och en annan bestående av kolmonoxid  (CO)  som pekar mot norr. Detta var den första definitiva upptäckten av CO2 (koldioxid)  i Centaur 29P.

Baserat på de data som Webb samlat in skapade teamet en 3D-modell av jetstrålarna för att förstå deras orientering och ursprung. De fann genom sina datamodeller att jetstrålarna sändes ut från olika regioner av  kentaurens kärna. Jetstrålarnas vinklar antyder möjligheten att kärnan kan vara ett aggregat av distinkta objekt med olika sammansättningar. Andra scenarier kan dock inte uteslutas.

– Det faktum att Centaur 29P har så dramatiska skillnader i mängden CO och CO2 på dess yta tyder på att 29P kan bestå av flera bitar, beskriver Geronimo Villanueva, medförfattare till studien vid NASA Goddard. – Kanske var det två delar (två mindre asteroider som smält samman) och skapade den här kentauren som är en blandning av väldigt olika kroppar som genomgick olika bildningsvägar. Det utmanar våra föreställningar om hur de första objekten skapades varav många lagrades i Kuiperbältet i solsystemets yttre. 

Orsakerna till Centaur 29P:s olika ljusstyrka och mekanismerna bakom dess utgasningsaktivitet av CO och CO2  fortsätter att vara två stora intresseområden som kräver ytterligare undersökning.

När det gäller kometer vet forskarna att deras jetstrålar ofta drivs av utgasning av vatten (då de närmar sig solen). Men på grund av kentaurernas läge är de för kalla för att vattenis ska kunna sublimera, vilket innebär att karaktären på deras utgasningsaktivitet skiljer sig från kometer.

"Vi hade bara tid att titta på det här objektet en gång, som en ögonblicksbild i tiden", beskriver Adam McKay, medförfattare till studien vid Appalachian State University i Boone, North Carolina. – Jag skulle vilja gå tillbaka och titta på Centaur 29P under en mycket längre tidsperiod. Har jetstrålarna alltid den inriktningen? Finns det kanske en till  kolmonoxidstråle som slås på vid en annan punkt i rotationsperioden? Att titta på dessa jetstrålar över tid skulle ge oss mycket bättre insikter om vad som driver dessa utbrott."