Mysterierna under isen i istäckta havsvärldar

 

Bild wikipedia Jupiters måne Europa.

När NASA:s Europa Clipper nu är på  väg ut på sin historiska resa till Jupiters isiga måne, Europa har Dr. Matt Powell-Palm, fakultetsmedlem vid Texas A&M Universitys J. Mike Walker '66 Department of Mechanical Engineering presenterat banbrytande forskningsmöjligheter som kan förändra vår förståelse av istäckta havsvärldar i solsystemet.

Studien där planetforskaren Dr. Baptiste Journaux vid University of Washington, introducerar ett nytt termodynamiskt koncept som de kallar "centotectic" som undersöker stabiliteten hos vätskor under extrema förhållanden  ger information för att bestämma möjligheten av liv i ishöljda månars hav som månen Europa. Utforskningen av istäckta havsvärldar representerar en ny gräns inom planetvetenskap med fokus på att förstå potentialen för dessas miljöer att stödja liv.

Powell-Palms forskning ger en grundläggande fråga som lyder: under vilka förhållanden kan flytande vatten förbli i vätskeform på dessa avlägsna, frusna objekt? Studien kombinerar Powell-Palms expertis inom kryobiologi koncentrat på i första hand vattnets lågtemperaturtermodynamik  som ursprungligen fokuserats på medicinska tillämpningar som organbevarande för transplantation. Med Journauxs expertis inom planetvetenskap och högtryckssystem för vatten och is har de utveckladat ett ramverk som överbryggar discipliner för att ta itu med en av de mest fascinerande utmaningarna inom planetvetenskap.

"Med uppskjutningen av NASA Europa Clipper (som sköts upp 14 okt 2024), det största planetutforskningsuppdraget som någonsin startat går vi in i en flera decennier lång era av utforskning av kalla och istäckta havsvärldar. Mätningar från detta och andra uppdrag kommer att visa hur djupt havet är under isen och vattnets sammansättning, beskriver Journaux. "Laboratoriemätningar av vätskans stabilitet och i synnerhet den lägsta möjliga temperaturen för flytande vatten där och hur livsmöjliga de kalla och djupa haven i vårt solsystem är och även vad deras slutliga öde kommer att bli när månarna eller planeterna har svalnat helt." 

 Studien har publicerats i https://www.nature.com/articles/s41467-024-5462

Själv är jag tveksam till att det hittas liv här även av enkelt slag. Jag tror att om vattnet är flytande är det mycket salthaltigt och mineralrikt och inget annat. Jag misstänker även att det inte finns så mycket vatten under isen som man hoppas.

I det tidiga universum har upptäckts ett stort vilande svart hål i en mindre galax

 

Bild https://www.cam.ac.uk  Illustratörs intryck av ett svart hål under en av dess korta perioder av snabb tillväxt. Upphovsman: Jiarong Gu.

Ett internationellt team av astronomer frånUniversity of Cambridge som använt NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope  upptäckte detta svarta hål i det tidiga universum endast 800 miljoner år efter Big Bang.

Det svarta hålet har 400 miljoner gånger större massa än vår sol vilket gör det till ett av de mest massiva svarta hålen som Webb upptäckt vid denna tidpunkt i universums utveckling och historia. Det svarta hålet är så enormt att det utgör ungefär 40 procent av den totala massan i sin galax. Jämförelsevis är de flesta svarta hål i det universum vi har kunskap om ungefär 0,1 procent av sin galax massa.

Men trots storleken drar det till sig enbart cirka 100 gånger mindre än den teoretiska massa den skulle kunna dra till sig vilket gör det i princip till ett vilande svart hål.

Ett så massivt svart hål så tidigt i universum, men som inte växer utmanar befintliga modeller för hur svarta hål utvecklas. Forskarna påtalar att det mest troliga scenariot är att svarta hål går igenom korta perioder av ultrasnabb tillväxt följt av långa perioder av lugn. När svarta hål "är lugna" är de betydligt mindre ljusstarka vilket gör dem svårare att upptäcka även med mycket känsliga teleskop som Webbteleskopet.

Svarta hål kan inte observeras direkt istället detekteras de av det avslöjande skenet från en virvlande ackretionsskiva som bildas nära det svarta hålets kanter. När svarta hål växer aktivt blir gasen i ackretionsskivan extremt het och börjar glöda och utstråla energi i det ultravioletta fältet.

– Även om det här svarta hålet är vilande har dess enorma storlek gjort det möjligt för oss att upptäcka det, beskriver Ignas Juodžbalis, huvudförfattare vid Kavliinstitutet för kosmologi i Cambridge. I det tidiga universum skapades även mycket stora hål  även i relativt små galaxer.

Enligt standardmodeller bildas svarta hål från kollapsade rester av döda stjärnor och drar till sig materia upp till en förutspådd gräns, känd som Eddington-gränsen där strålningstrycket på materia övervinner gravitationskraften från det svarta hålet. Blotta storleken på detta svarta hål tyder dock på att standardmodellen kanske inte förklarar hur dessa jättehål bildas och växer. 

– Det är möjligt att svarta hål "är stora från början vilket skulle kunna förklara varför Webb har upptäckt enorma svarta hål i det tidiga universum, beskriver medförfattaren professor Roberto Maiolino vid Kavliinstitutet och Cavendish Laboratory i Cambridge. "Men en annan möjlighet är att de går igenom perioder av hyperaktivitet, följt av långa perioder av dvala."

I samarbete med kollegor från Italien genomförde Cambridgeforskarna en rad datorsimuleringar för att modellera hur detta vilande svarta hål kunde ha vuxit till en så massiv storlek så tidigt i universum. De fann att det mest troliga scenariot är att svarta hål kan överskrida Eddingtongränsen under korta perioder, under vilka de växer mycket snabbt, följt av långa perioder av inaktivitet: forskarna säger att svarta hål som detta sannolikt växer i fem till tio miljoner år

Observationerna gjordes som en del av JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Forskningen stöddes delvis av Europeiska forskningsrådet och Science and Technology Facilities Council (STFC), som är en del av UK Research and Innovation (UKRI). Studien redovisas i tidskriften Nature.

Vi ska även ha i åtanke att i det tidiga universum fanns stora mängder gas och damm som kan ha hjälpt till att skapa mastodontstora svarta hål även i områden där små galaxer bildades. Det kan ha varit en inflation av påväxt till dessa utan att stjärnor påverkats. Kanske några stjärnor under denna tid sprängdes som supernovor då de misslyckades i sin bildning och resterna av dessa blev början till svarta hål.

Hjärnceller efter en månad på den internationella rymdstationen.

 

Bild https://www.scripps.edu Hjärnorganoiderna var friska och fortsatte att växa efter att ha tillbringat en månad på den internationella rymdstationen. (Fotograf: Jeanne Loring). 

Mikrogravitation är känt för att förändra muskler, ben, immunsystem och kognition, men inte mycket är känt om dess specifika inverkan på hjärnan. För att ta reda på hur hjärnceller reagerar på mikrogravitation skickade forskare vid Scripps Research, i samarbete med New York Stem Cell Foundation, små klumpar av hjärnceller bestående av stamceller så kallade "organoider" till den internationella rymdstationen (ISS) (studier med organoider har till syfte att hitta botmedel mot ex parkinssons sjukdom). 

Överraskande nog var organoiderna fortfarande friska när de återvände från ISS en månad senare. Men cellerna hade däremot mognat snabbare jämfört med identiska organoider som odlats på jorden. De blev snabbare färdiga neuroner och började visa tecken på specialisering.

"Det faktum att dessa celler klarade rymden så bra var en stor överraskning", beskriver medförfattaren till studien Jeanne Loring, PhD, professor emeritus vid institutionen för molekylär medicin och grundare av Center for Regenerative Medicine vid Scripps Research. Det lägger grunden för framtida experiment i rymden där vi kan inkludera andra delar av hjärnan som påverkas av neurodegenerativa sjukdomar.

Resultaten, som kan kasta ljus över potentiella neurologiska effekter av rymdresor, publicerades den 23 oktober 2024 i Stem Cells Translational Medicine. Arbetet stöddes finansiellt från National Stem Cell Foundation. Förutom Loring är författarna till studien "Effects of microgravity on human iPSC-derived neural organoids on the International Space Station" Jason Stein från Scripps Research; Davide Marotta, Laraib Ijaz, Lilianne Barbar, Madhura Nijsure, Nicolette Pirjanian, Ilya Kruglikov, Scott A. Noggle och Valentina Fossati från New York Stem Cell Foundation Research Institute; Twyman Clements och Jana Stoudemire från Space Tango; och Paula Grisanti från National Stem Cell Foundation.

NASA uppdrag DAVINCI ner på Venus yta

 

Bild https://science.nasa.gov  En illustratörs visualisering av DAVINCI:s nedstigningssond liggande på Venus yta. NASA:s studio för vetenskaplig visualisering

DAVINCI är planerad att skjutas upp i början av 2030-talet och kommer att utforska Venus med både en rymdfarkost och en nedstigningssond. DAVINCI:s sond kommer att vara den första under 2000-talet som trotsar Venus atmosfär då den sjunker ner genom moln ner till ytan. Två andra uppdrag, NASA:s VERITAS och ESA:s (European Space Agency) Envision, kommer också att utforska Venus på 2030-talet då från planetens omloppsbana.

Rymdsonden DAVINCI som sänds upp under 2030 talet kommer att studera Venus moln och högland under två förbiflygningar. Den kommer också att släppa ut en sfärisk sond, cirka 3 meter bred som ska sjunka genom planetens tjocka atmosfär och frätande moln göra mätningar och ta högupplösta bilder av Venus yta då den sjunker ner under molnen.

DAVINCI-uppdraget kommer att vara det första som på nära håll utforskar Alpha Regio, en region som är känd som en "tessera". Tesserae som Alpha Regio tros vara uråldriga kontinenter och kan vara bland de äldsta ytorna på planeten vilket ger forskare tillgång till sten som är miljarder år gammal.

Genom att studera dessa stenar från ovan över Alfa Regio kan DAVINCI-forskarna ta reda på om Venus hade kontinenter och hav i det förflutna och hur eventuellt vatten då kan ha påverkat ytan. DAVINCI:s sond kommer att sjunka ner genom atmosfären för att ge en klar bild av bergen och slätterna. Den kommer att ta bilder som kan jämföras med ett flygplans landningsvy över jordens yta.

Forskare kommer att använda bilderna för att sammanställa 3D-kartor över Alpha Regio för att ge detaljer om Venus terräng vilket hjälper dem att leta efter stenar som vanligtvis bara blivit formade i  vattenströmmar.

 DAVINCI-uppdraget kommer att vara det första som analyserar den kemiska sammansättningen av Venus lägre atmosfär genom mätningar som görs med jämna mellanrum under nedfärden. Till exempel kan svavelföreningar som upptäcks här indikera om Venus vulkaner för närvarande är aktiva eller var aktiva nyligen. Ädelgaser (som helium eller xenon) däremot förblir kemiskt inerta och upprätthåller stabila koncentrationer vilket ger ovärderliga ledtrådar om Venus forntida historia, såsom planetens tidigare vatteninventering.

NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, är den huvudsakliga forskarinstitutionen i DAVINCI-uppdraget och kommer att utföra projektledning för uppdraget, tillhandahålla vetenskapliga instrument samt projektsystemteknik för att utveckla sondflygsystemet som går in i Venus atmosfär. Goddard leder också den övergripande vetenskapen för uppdraget med ett externt vetenskapsteam från hela USA. Lockheed Martin Space i Denver, Colorado. Colorado, kommer att bygga hangarfartyget/reläfarkosten. DAVINCI är ett uppdrag inom Discovery-programmet, som drivs av NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, för myndighetens Science Mission Directorate i Washington

Antropologer vill att vi bevarar av mänskliga artefakter (ex landare) på Mars

 

Bild wikipedia NASA:s Curiosity-rover, selfie, 2015.

Antropologi är studiet av mänskligheten, dess beteende, biologi, kulturer, samhällen, lingvistik, både i nuet och det förflutna.

I ett nytt forskningsprojekt av antropolog Justin Holcomb vid University of Kansas hävdar denne att fysiska artefakter från mänsklig utforskning av Mars bör katalogiseras för bevarande och med omsorg för att skildra mänsklighetens första försök till interplanetär utforskning.

"Vårt huvudargument är att Homo sapiens för närvarande genomgår en spridning som först började i Afrika, nådde andra kontinenter och nu har börjat i utomjordiska miljöer", beskriver Holcomb huvudförfattare till en nyligen publicerad artikel "The Emerging Archaeological Record of Mars" i den vetenskapliga tidskriften Nature Astronomy.

 – Vi har börjat befolka solsystemet. Och precis som vi använder artefakter och funktioner för att spåra vår rörelse, evolution och historia på jorden kan vi göra det i yttre rymden genom att följa sonder, satelliter, landare och olika material som lämnats kvar. Det finns ett materiellt fotavtryck i den här spridningen,"beskriver Holcomb.

På samma sätt som arkeologer använder "kökkenmödding" (forntida soptippar) för att avslöja hemligheter om tidigare samhällen här på jorden, hävdar Holcomb att mycket av det material som anses vara "rymdskräp" faktiskt har stort arkeologiskt och miljömässigt värde.

"Det här är de första materiella dokumenten om vår närvaro och det är viktigt för oss", påtalar han. – Jag har sett många forskare referera till det här materialet som rymdskräp, galaktiskt skräp. Vårt argument är att det inte är skräp. Det är viktigt material för berättelsen om kulturarv. Lösningen på skräp är att kasta eller återvinna men lösningen på kulturarv är bevarande. Det är stor skillnad.

Holcombs medförfattare var Beth O'Leary från New Mexico State University; Alberto Fairén från Centro de Astrobiología i Madrid, Spanien, och Cornell University; KU:s Rolfe Mandel; och Karl Wegmann från North Carolina State University.

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".