Planetbildning i universums första tid.

 

Bild https://webbtelescope.org/ Protoplanetära skivor i NGC 346 (NIRCam-bild)

Känsligheten och upplösningen av Webbteleskopet har nu löst ett mysterium som är mer än två decennier gammalt. År 2003 upptäckte Hubbleteleskopet en massiv planet runt en uråldrig stjärna. Detta förbryllade astronomerna som ansåg att sådana stjärnor i det tidiga universum saknade många av de tyngre grundämnen som ses nödvändiga för att bygga upp planeter. Nuvarande modeller förutspår att skivorna runt den här typen av stjärnor har kort livslängd, så kort att planeter inte kan bli stora eller kanske ens bildas. Men fyndet visar att det var fel slutledning

Astronomerna vände sig  till ett närliggande område av det unga universum – det stjärnbildande området NGC 346. Där upptäckte Hubbleteleskopet tecken på att planetbildande skivor existerade runt stjärnor som var 20 till 30 miljoner år gamla mycket äldre än vad teorierna förutspådde att sådana skivor kunde bestå. 

Hubble-fynden var spännande, men utan ett sätt att få fram spektra kunde forskarna inte vara säkra på att de bevittnade en  ackretionkiva. Nu har forskare med hjälp av Webb bekräftat att det finns ackretionskivor i NGC 346 där planetbildning sker och att dessa skivor är långlivade. Upptäckten bekräftar Hubble-resultatet och det får forskare att ompröva nuvarande modeller för planetbildning.

Studien om fyndet har rubriken Protoplanetary Disks around Sun-like Stars Appear to Live Longer When the Metallicity is Low* Författare är Guido De Marchi, Giovanna Giardino, Katia Biazzo, Nino Panagia, Elena Sabbi, Tracy L. Beck, Massimo Robberto, Peter Zeidler, Olivia C. Jones, Margaret MeixnerShow full author list Published 2024 December 16 • © 2024. The Author(s). Published by the American Astronomical Society.

The Astrophysical Journal, Volume 977, Number 2

Citation Guido De Marchi et al 2024 ApJ 977 214

DOI 10.3847/1538-4357/ad7a63 

Almaobservatoriet har upptäckt en plats med nybildade planeter

 

Bild wikipedia Den protoplanetära skivan vid den endast ca 10 miljoner år gamla stjärnan  PDS 70 med den nya planeten PDS 70b (höger).

ALMA-observatoriet i Chile (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) har  upptäckt och observerat en plats där planeter bildas genom att teleskopet upptäckte en hög koncentration av stoftkorn (planetbildande materia) runt de nybildade planeternas banor.

En internationell forskargrupp under ledning av Kiyoaki Doi, som då var doktorand vid National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ)/Graduate University for Advanced Studies, SOKENDAI, och för närvarande postdoktor vid Max Planck-institutet för astronomi utförde högupplösta observationer av en protoplanetär skiva runt en ung stjärna kallad PDS 70 vid en våglängd på 3 mm med ALMA. Objektet är värd för två kända planeter och de nya observationerna med ALMA och avslöjade en lokal ansamling av stoftkorn utanför planeternas banor.

Fyndet tyder på att redan bildade planeter ackumulerar materia för en planet och underlättar samtidigt den potentiella bildningen av nästa planet. Detta arbete bidrar till att avslöja bildningsprocessen av planetsystem som består av flera planeter som i vårt solsystem. PDS 70 är det enda kända objektet med redan bildade planeter, bekräftade genom optiska och infraröda observationer, inuti en protoplanetär skiva. Att avslöja fördelningen av stoftkorn i detta objekt kommer att ge insikt i hur de redan bildade planeterna interagerar med den omgivande protoplanetära skivan och potentiellt påverkar efterföljande planetbildning.

Tidigare observationer med ALMA på 0,87 mm har avslöjat ringformade utsläpp från stoftkornen utanför planeternas banor. Utsläppskällan kan dock vara optiskt dold (ogenomskinlig då det finns stoftkorn på den till oss närmaste sidan som skymmer de bakomliggande), och den observerade emissionsfördelningen kanske inte korrekt återspeglar fördelningen av stoftkornen.

Resultaten av detta arbete publicerades i Astrophysical Journal Letters av Doi et al., "Asymmetric Dust Accumulation of the PDS 70 Disk Revealed by ALMA Band 3 Observations".

Nyligen sågs hur ett svart hål slukade en stjärna

 

Bild https://www.iac.es/en  Recreation of a burst, identified as CSS161010, in which a small black hole swallows a star. Credits: Gabriel Pérez (IAC).

Ett internationellt forskarlag under ledning från Institute of Space Studies of Catalonia (IEEC) med Dr. Claudia Gutiérrez från Institute of Space Sciences (ICE-CSIC) upptäckte ett exceptionellt snabbt och ljusstarkt kosmiskt utbrott i en liten galax som ligger 500 miljoner ljusår bort.

Explosionen, identifierad som CSS161010 (galax), nådde sin maximala ljusstyrka på endast 4 dagar och sjönk sedan till halva ljusstyrkan efter 2,5 dag vilket innebar att både upptäckten och de efterföljande observationerna av dess utveckling blev en vetenskaplig milstolpe och en utmaning för forskargruppen.

Huvudförfattaren till studien om fenomenet var Dr. Claudia Gutiérrez, forskare vid IEEC och ICE-CSIC. Hittills har endast ett dussin kosmiska explosioner med dessa egenskaper i  ljusstyrka och utveckling upptäckts och ännu är deras ursprung ett fullständigt mysterium. Forskargruppen under ledning av Claudia Gutiérrez tror dock att de unika spektrala egenskaperna hos CSS161010  ger viktiga ledtrådar om dess fysikaliska ursprung och deras analys tyder på att det  är resultatet av ett litet svart hål som sväljer en stjärna. Utbrottet inträffade i en liten galax 400 gånger mindre än vår Vintergata. Om dvärggalaxen är värd för ett massivt svart hål, måste dess massa också vara liten vilket motsvarar ett svart hål med medelstor massa (100 - 100 000 solmassor).

– Hittills har den här typen av svarta hål varit extremt svåra att identifiera och astronomerna känner bara till ett  litet antal, beskriver professor Seppo Mattila vid Åbo universitet i Finland som är en av huvudförfattarna till artikeln.

– Att identifiera och karakterisera svarta hål med medelhög massa är avgörande för att förstå hur svarta hål bildas och utvecklas. I själva verket är de grundläggande byggstenarna i supermassiva svarta hål som finns i centrum av galaxer, såsom vår Vintergata, och som man har observerat existerar även i det unga universum, tillägger professor Mattila. Professor Peter Lundqvist från Stockholms universitet, som också ingick i forskargruppen. Han tillägger: – Linjestrålningen utvecklad i det här objektet liknar den som observerats i aktiva galaxkärnor där man vet att supermassiva svarta hål finns. Denna likhet ger stark trolighet  att CSS161010 också  har ett svart hål, även om det inte är ett särskilt stort hål.

Lundqvist påpekar: "När en stjärna splittras av en stjärna som kommer för nära ett svart hål med medelmassa avslöjas det svarta hålet som annars skulle vara vilande. Det är troligt att det finns andra sådana svarta hål i andra dvärggalaxer, och vi måste spåra händelser som liknar CSS161010 för att kunna bestämma egenskaperna hos dessa svarta hål bättre än idag.

Min tolkning av  CSS161010 i två artiklar är att det är namnet både på explosionen och galaxen. Men det kan vara fel.

En galax som ser ut som Vintergatan gjorde under sin första tid

 

Bild https://webbtelescope.org/  Firefly Sparkle Galaxy och följeslagare i galaxhopen MACS J1423

I bilden ovan ses 10 distinkta stjärnhopar (se you tubefilm här om fenomenet) som rör sig likt eldflugor i bilden från NASA:s James Webb Space Telescope. De ses ingå i en kokong av diffust ljus som sänds ut av andra stjärnor som är utspridda runt dem. Galaxen har beteckningen Firefly Sparkle och blev till cirka 600 miljoner år efter big bang.

Forskare som analyserade Webbs bilder och data drog slutsatsen att Firefly Sparkle har samma massa som vår galax Vintergatan skulle haft om vi kunde "vrida tillbaka tiden" för att väga den när den höll på att bildas.

Analysen är möjlig genom en naturlig effekt som kallas gravitationslinsning som gör det möjligt för forskare att "zooma in" på extremt avlägsna objekt som är perfekt anpassade till Webbs vy. I kombination med teleskopets bilder och data i kortvågigt infrarött ljus kan astronomer studera avlägsna objekt i häpnadsväckande detalj.

Gravitationslinsing innebär att ett massivt föremål förstorar eller förvränger ljuset från föremål som ligger bakom det. Till exempel kan det kraftfulla gravitationsfältet i en massiv galaxhop böja ljusstrålarna från mer avlägsna galaxer, precis som en kameralins böjer ljus för att bilda en bild. 

”Utan den här gravitationslinsingen skulle vi inte kunna se galaxdetaljer i teleskopet", beskriver Kartheik Iyer, en av huvudförfattarna vid NASA Hubble Fellow vid Columbia University i New York.

"Vi visste att vi kunde förvänta oss det baserat på nuvarande fysik, men det är förvånande att vi faktiskt såg det." Beskriver en av medförfattarna till artikeln Lamiya Mowla biträdande professor vid Wellesley College i Massachusetts det.  En artikel publicerades den 11 december 2024 i tidskriften Nature om fyndet.

En jetstråle från ett svart hål träffar ett okänt objekt

 

Bild https://chandra.si  Källa C4 i Centaurus A-galaxen. (Källa: NASA/CXC/SAO/D. Bogensberger et al.; Bildbehandling: NASA/CXC/SAO/N. Wolk)

Även materia som kastas ut från svarta hål kan stöta på något i mörkret därute. Med hjälp av NASA:s Chandra X-ray Observatory har astronomer upptäckt ett ovanligt fenomen från ett stort svart håls kraftfulla jetstråle då strålen träffar ett oidentifierat objekt på dess väg i universum.

Centaurus A (Cen A) är en galax som finns cirka 12 miljoner ljusår från jorden. Astronomer har länge studerat Cen A eftersom galaxen har ett supermassivt svart hål i sitt centrum vilket skickar ut jetstrålar som sträcker sig ut över hela galaxen. Det svarta hålets jetstrålar består inte av högenergipartiklar från det svarta hålet själv utan från det starka gravitations- och magnetfältet runt detta.

Bilden ovan visar röntgenstrålar med låg energi som Chandra ser i ett rosa sken, röntgenstrålar med medelhög energi i lila och röntgenstrålar med högst energi i blått.

I den senaste studien har forskarna kommit fram till att jetstrålen åtminstone på vissa ställen rör sig nära ljusets hastighet. Med hjälp av den djupaste röntgenbilden som någonsin gjorts av Cen A fann de även ett område där strålningen är V-formad i ett ljusstarkt område av röntgenstrålningen något som inte hade setts tidigare i galaxen.

Denna källa, kallas C4 och finns nära jetstrålens väg från det svarta hålet och är markerat i den infällda bilden. V:ets armar är minst 700 ljusår långa.

Forskarna har en aning om vad som händer men identiteten på det objekt som sprängs i området är ett mysterium eftersom det är för avlägset för att dess detaljer ska kunna ses. Inte ens i bilder från dagens mest kraftfulla teleskop kan man utröna vad det är.

Det okända objektet som rammas kan vara en massiv stjärna, antingen en ensam sådan eller ett dubbelstjärnsystem. Röntgenstrålningen från C4 skulle kunna orsakas av kollisionen mellan partiklarna i jetstrålen och gasen i en vind som blåser ut från stjärnan (stjärnorna). Kollisionen kan generera turbulens vilket orsakar en ökning av densiteten hos gasen i jetstrålen. Detta antänder i sin tur röntgenstrålningen som Chandra registrerar. Men än är allt teori. Funderar på om det kan vara ett gasmoln som strålen träffat på och som ger skenet då det antänds.

En artikel som beskriver dessa resultat finns i det senaste numret av The Astrophysical Journal. Författarna till studien är David Bogensberger (University of Michigan), Jon M. Miller (University of Michigan), Richard Mushotsky (University of Maryland), Niel Brandt (Penn State University), Elias Kammoun (University of Toulouse, Frankrike), Abderahmen Zogbhi (University of Maryland) och Ehud Behar (Israel Institute of Technology).

NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, förvaltar Chandra-programmet. Smithsonian Astrophysical Observatorys Chandra X-ray Center kontrollerar den vetenskapliga verksamheten från Cambridge, Massachusetts, och flygverksamheten från Burlington, Massachusetts.

Små asteroider kan nu hittas lättare i Asteroidbältet

 

Bild https://news.mit.ed En  illustration av NASA:s James Webb Space Telescope som i infrarött ljus visar upp en population av små asteroider i asteroidbältet. Bild: Ella Maru och Julien de Wit.

Asteroiden som släckte ut dinosaurierna beräknas ha varit cirka 10 kilometer i diameter. Det är ungefär lika stort som Brooklyn i New York. Ett sådant massivt nedslag förutspås ske  en gång på 100 miljoner till 500 miljoner år.

Däremot kan mycket mindre asteroider i storlek som en buss slå ner på jorden oftare kanske bara med några års mellanrum. Dessa mindre asteroider på tiotals meter i diameter är mer benägna att ta sig ur asteroidbältet och migrera in mot jorden. Om de slår ner kan dessa små asteroider skicka chockvågor genom hela regioner som skedde vid nedslaget 1908 i Tunguska i Sibirien och asteroiden 2013 som bröts sönder på himlen över Tjeljabinsk i Ural. Att kunna observera dessa asteroider i asteroidbältet då de tar kurs mot oss skulle ge en inblick i varifrån de kommer och ge oss tid att försvara oss.

Nu har ett internationellt forskarlag lett av fysiker vid MIT (Massachusetts Institute of Technology) hittat ett sätt att upptäcka de minsta asteroiderna i asteroidbältet (bältet där miljontals asteroider finns ligger mellan Mars och Jupiter). Hittills har de minsta asteroiderna som forskare kunnat urskilja där varit ungefär en kilometer i diameter. Med teamets nya metod kan forskare nu upptäcka asteroider i asteroidbältet som är så små som 10 meter i diameter.

"Vi har kunnat upptäcka jordnära objekt ner till 10 meter i storlek", beskriver studiens huvudförfattare, Artem Burdanov, forskare vid MIT:s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences. "Vi har nu ett sätt att upptäcka dessa små asteroider när de är mycket längre bort, så att vi kan göra mer exakt spårning av dess omloppsbana vilket kan hjälpa oss att hindra nedslag på jorden."

Studiens medförfattare inkluderade MIT-professorerna i planetvetenskap Julien de Wit och Richard Binzel, tillsammans med medarbetare från flera andra institutioner, inklusive universitetet i Liège i Belgien, Karlsuniversitetet i Tjeckien, Europeiska rymdorganisationen och institutioner i Tyskland inklusive Max Planck-institutet för utomjordisk fysik och universitetet i Oldenburg.

I artikeln som publicerats nyligen  i tidskriften Nature rapporterar forskarna att då de har använt sin metod  upptäckt mer än 100 tidigare okända  mindre asteroider i asteroidbältet. Rymdstenarna varierar från storleken av en buss och uppåt och är de minsta asteroiderna inom asteroidbältet som hittills har upptäckts. I den nya studien letade forskarna efter asteroider av mindre storlekar med hjälp av data från världens mest kraftfulla observatorium – NASA:s James Webb Space Telescope (JWST), som är särskilt känsligt i det infraröda fältet snarare än synligt ljus. Det råkar vara så att asteroider som kretsar i asteroidbältet är mycket ljusare vid infraröda våglängder än vid synliga våglängder och är därför mycket lättare att upptäcka med JWST:s infraröda kapacitet.

Universum kan ses designat för att passa oss (eller har vi designats för att passa in)

 

Den antropiska principen är inom kosmologi, fysik och filosofi, ett begrepp som sammanfattar den åsikten att universums grundläggande naturlagar måste ha fått en specifik utformning för att liv ska kunna uppstå. 

I en banbrytande studie om axion mörk materia av Dr. Nemanja Kaloper, fysiker vid Institutionen för fysik och astronomi vid University of California, Davis, och Dr. Alexander Westphal, professor vid Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) i Tyskland, föreslår dessa en metod för att testa den antropiska principen vilket potentiellt kan skaka grunden för hur vi förstår vår plats i kosmos.

Studien publicerades i The Journal of Cosmology and Astroparticle Physics här beskriver den framstående astronomen Dr. David Kipping och astrofysikern Dr. Geraint Lewis att mänskligheten ännu inte upptäckt intelligent utomjordiskt liv eftersom Jorden existerar i en ficka i rymden dit avancerade utomjordingar ännu inte har nått fram. Kritiker hävdar däremot att antropiska resonemang är en icke vetenskaplig förklaring utan mer en filosofisk krycka och förlitar sig på multiversumhypotesen för att rättfärdiga sina antaganden. Om det finns oräkneliga universum, vart och ett med olika fysiska konstanter är det inte förvånande att ett av dem skulle tillåta liv.

Multiversum förblir spekulativt, vilket lämnar den antropiska principen på ostadig grund och kritiseras ofta för sitt cirkelresonemang och sin icke-falsifierbarhet. Forskarna fördjupar sig i axion mörk materia – en svårfångad kandidat för universums saknade massa – och då inga bevis finns av att multiunvers eller den antropiska principen finns är det inte vetenskap utan något som varken kan bevisas eller motbevisas. Deras resultat presenterar en väg för att testa principen och väcker kritiska frågor om dess vetenskapliga giltighet.

Centralt i studien är begreppet "suddig" mörk materia, en form av ultralätta axioner med mycket liten massa. Om dessa partiklar existerar, teoretiseras om att de för att bilda ett kvantvågsliknande fält på galaktiska skalor. Fuzzy Dark Matter har dykt upp som ett lönsamt alternativ till traditionella modeller, och erbjuder potentiella förklaringar till skillnader i teori om hur galaxer bildas.

I Dr. Kaloper och Dr. Westphals ramverk antas axioner uppstått från kvantfluktuationer under universums expansiva första epok. Dessa partiklar skulle ha de "guldlocksegenskaper" som behövs för att förklara förekomsten av mörk materia och deras beteende styrs av det subtila samspelet mellan inflationsdynamik och kvantmekanik.

Det som gör denna hypotes revolutionerande är dess koppling till den antropiska principen. Studien illustrerar på ett levande sätt hur antropiska resonemang interagerar med begreppet multiversum. Om suddiga axioner upptäcks med massor och densitet som är perfekt anpassade till livsuppehållande förhållanden, skulle det tyda på att universum är "precis rätt" för människan och allt liv på jorden. Dr. Kaloper och Dr. Westphals studie kan representera en vändpunkt av vår förståelse av universum och vår plats i det. Genom att knyta den antropiska principens öde till observerbara fenomen utmanar de oss att ompröva den vetenskapliga förklaringens natur.

Är universum finjusterat för liv eller är vi bara ett slumpmässigt utfall bland många? Svaret kan finnas i den svårfångade världen av suddig mörk materia – och med den väntar ett nytt kapitel i historien om kosmiska upptäckter.

Läs gärna mer om detta spännande sätt att förstå och se på verkligheten här vid The Debrief https://thedebrief.org. 

Men jag vill även tipsa om en bok av Sabine Hossenfelder som är teoretisk fysiker vid Frankfurt Institute for advanced studies med titeln Existentiell Fysik utgiven på svenska 2023. Här beskriver hon bland annat hur multiversum och den antropiska principen bör förstås. Det finns mycket ovetenskap inom psudovetenskap inom dessa begrepp.