Nya rön om gula jättestjärnors utbrott

 

Bild https://www.astro.oma.be/en  En illustratörs bild av den gula hyperjättestjärnan Rho Cassiopeiae kring vilken skal av gas bildas på grund av återkommande utbrott vilket observerats under de senaste 130 åren. Upphovsman: Alex Lobel.

Stora stjärnor är bland de mest massiva och ljusstarka stjärnorna i vintergatan.  Studiet av dessa stjärnor ger astronomer en  inblick i hur mycket massiva stjärnor är sent i sin existens. I synnerhet får vi en titt på stadiet precis innan de utvecklas till supernovor då de dess kärna kollapsar eller alternativt blir till en annan klass av hetare hyperjättar som kallas "Luminous BlueVariables". 

Denna övergång sker när gula hyperjättar snabbt utvecklas genom det så kallade gula evolutionära tomrummet i det övre av Hertzsprung-Russell-diagrammet av stjärnors temperatur kontra luminositet. Att förstå de återkommande utbrotten och pulseringarna från de gula hyperjättarna hjälper astronomer att förfina teoretiska modeller av avancerade stadier av stjärnors utveckling och att förbättra förståelsen av fenomen vid cykliska stjärnutbrott.

Den nya studien, som genomförts under de senaste fem åren av ett internationellt team av forskare i Nederländerna (Leiden University), Belgien (ROB) och Storbritannien (Durham University) innehåller också värdefulla databidrag från amatörastronomer över hela världen.

Teamet fokuserade här på Rho Cas (en stjärna i mellersta delen av stjärnbilden Cassiopeja som man tror är på väg att bli en supernova) en av de mest välstuderade hyperjättarna som kan ses med blotta ögat och här analyserades den långsiktiga variationen i ljusstyrka från 1885 till 2023. Denna omfattande datamängd gjorde det möjligt att undersöka dess exceptionella fysikaliska egenskaper, såväl som uppkomsten och utvecklingen av tre stora atmosfäriska utbrott som skedde 1986, 2000 och 2013.  

Dessa långtidsobservationer avslöjar ett fascinerande mönster: Rho Cas uppvisar cykliska utbrott i atmosfären ungefär vart 10:e till 40:e år, vart och ett med en betydande fluktuation av yttemperaturen, från 4500 till 7500 °C. De nya upptäckterna ger en unik möjlighet att följa en mycket tung stjärna mitt i dess accelererade evolutionära förändring (och troliga framtida slut som supernova).

Studien visar att pulseringarna av Rho Cas blir mer intensiva när en stjärna närmar sig ett utbrott. Specifikt förlängs de pulsperioder som observeras i hyperjättarnas V-band (för mänskliga ögat synliga våglängder) ljusstyrkekurva och då pulsationsamplituderna ökar under åren vilket leder fram till ett utbrott. Detta signalerar att starka radiella pulser spelar en avgörande roll för att utlösa återkommande utbrott som har inträffat sex gånger under de senaste 138 åren, med tidsintervallen  10, 41, 40, 14 och 13 år.

Dr. Lobel, medförfattare till studien beskriver: "Det är första gången som en grundlig undersökning har gjorts med i stort sett all tillgänglig historisk data om Rho Cas som vi har samlat in från litteraturen, och som sträcker sig tillbaka till 1800-talet. Dessutom kunde vi kombinera med nya observationer, inklusive värdefulla bidrag från amatörastronomer. Den nya studien och observationerna är viktiga eftersom de ger viktiga insikter i evolutionen av gula hyperjättar. Sammantaget förbättrar det inte bara vår förståelse av extrema stjärnor, som Rho Cas och dess återkommande utbrott utan bidrar också till en bredare kunskap om gula hyperjättar och deras variabilitet och betydelse för stjärnors utveckling.

Evolution kanske sker eller har skett på andra planeter än på Jorden

 

Bild https://www.deviantart.com/

Mänskligheten kanske inte är extraordinär utan snarare det naturliga evolutionära resultatet för Jorden och andra planeter därute.

Modellen, som vänder upp och ner på en decennier gammal teori om att allt blev till genom att det passade för livets utveckling på jorden av en slump. Ett team av forskare vid Penn State, som ledde arbetet beskriver i den nya tolkningen av mänsklighetens ursprung att sannolikheten för liv någon annanstans i universum är stor.

"Det här är en betydande förändring i hur vi tänker om livets historia", beskriver Jennifer Macalady, professor i geovetenskap vid Penn State University och medförfattare till en artikel som publicerades den14 februari i tidskriften Science Advances. "Det tyder på att evolutionen av komplext liv kan handla mindre om slumpen och mer om samspelet mellan liv i en särskild miljö vilket öppnar upp spännande nya forskningsvägar i en strävan att förstå vårt ursprung och vår plats i universum."

"Vi argumenterar för att intelligent liv kanske inte kräver en serie lyckosamma slumpartade händelser för att existera", beskriver Mills, som arbetat i Macaladys astrobiologiska laboratorium vid Penn State som grundforskare. "Människan utvecklades inte 'tidigt' eller 'sent' i jordens historia, utan 'i tid', när förutsättningarna fanns. Kanske är det bara en tidsfråga och kanske kan andra planeter uppnå dessa förhållanden snabbare än vad som skedde på jorden medan det på andra planeter kan ta längre tid.

I den nya studien beskriver forskarna att jorden först nyligen blivit möjlig för människan.

"Vi anser att i stället för att basera våra förutsägelser på solens livslängd bör vi använda en geologisk tidsskala, eftersom det tar lång tid för atmosfären och landskapet att förändras", beskriver Jason Wright, professor i astronomi och astrofysik vid Penn State University och medförfattare till artikeln.

 "Det här är normala tidsskalor på jorden. Om livet utvecklas med planeten, då kommer det att utvecklas på en planets tidsskala i en viss planets takt. "

Detta nya perspektiv tyder på att framväxten av intelligent liv kanske inte är så slumpartat", beskriver Wright. "I stället för en serie osannolika händelser kan evolutionen vara mer som en förutsägbar process, som utvecklas utifrån hur de globala förhållandena tillåter processen. Vårt ramverk gäller inte bara för jorden utan även för andra planeter vilket ökar möjligheten att liv som liknar vårt kan existera på fler platser.

Medförfattare till artikeln är Adam Frank vid University of Rochester. Penn State's Astrobiology Research Center, Penn State Center for Exoplanets and Habitable Worlds, Penn State Extraterrestrial Intelligence Center, NASA Exobiology Program och German Research Foundation stödde detta arbete.

Kan planeter runt vita dvärgstjärnor vara möjliga för organiskt liv.

 

Bild wikipedia stjärnkarta över var solsystemet Kepler 62 finns i riktning mot stjärnbilden Lyran. 

En vit dvärgstjärna är en stjärna som varit normalstor (lik vår sol) men kollapsat till en dvärgstjärna med mycket liten storlek efter att den gjort slut på sitt kärnbränsle. En typisk vit dvärg har en radie som är 1 procent av vår sols, men den har grovt räknat samma massa. Detta motsvarar en täthet på cirka 1 ton per kubikcentimeter. Kan dessa vita dvärgstjärnor ha exoplaneter där liv frodas?

– Även om vita dvärgstjärnor fortfarande kan avge en del värme från kvarvarande kärnaktivitet i sina yttre lager uppvisar de inte längre kärnfusion i sina kärnor. Av denna anledning har inte mycket hänsyn tagits till dessa stjärnors förmåga att hysa livstrevliga exoplaneter, beskriver Aomawa Shields, docent i fysik och astronomi vid UC Irvine .

"Men våra datorsimuleringar tyder på att om stenplaneter existerar i dess omloppsbanor, kan dessa planeter ha mer möjligheter till organiskt liv på sina ytor än man tidigare trott."

Hon säger att en viktig skillnad i de stjärn- och planetsystem som hennes team studerade var planeternas rotationsegenskaper.

Den vita dvärgstjärnans livsmöjliga zon området där en exoplanet bland annat skulle kunna hysa livsuppehållande flytande vatten finns mycket närmare stjärnan jämfört med andra stjärnor som ex Kepler-62a vilken är en stjärna lik vår sol (eller jorden). Shields betonade att detta resulterar i en mycket snabbare rotationsperiod – 10 timmar för den vita dvärgen, medan Kepler-62a:s exoplanet har en rotationsperiod på 155 dagar.

Även om båda planeterna sannolikt är låsta i en synkron omloppsbana – med en permanent dagsida och en evig nattsida  sträcker den ultrasnabba vita dvärgplanetens rotation ut molncirkulationen runt planeten. Den mycket långsammare omloppstiden på 155 dagar för Kepler-62a bidrar till en stor massa av flytande vattenmoln på dagsidan. Färre vätskemoln på dagsidan och en starkare växthuseffekt på nattsidan skapar varmare förhållanden på den vita dvärgplaneten i förhållande till Kepler-62a -planeten. 

"Resultaten tyder på att vita dvärgstjärors miljö, som anses vara ogästvänlig för liv, kan erbjuda nya vägar för exoplanet- och astrobiologiforskare att undersöka", beskriver Shields. I takt med att kraftfulla observationsmöjligheter till att bedöma exoplaneters atmosfärer och astrobiologi nu är ett forskningsområde associerade med James Webb Space Telescope, kan vi vara på väg in i en ny fas där vi studerar en helt ny klass av solsystem runt tidigare obeaktade stjärnor (som vita dvärgstjärnor).

Shields och hennes samarbetspartners i detta projekt fick finansiering från National Science Foundation och National Center for Atmospheric Research, medarbetare var Eric Wolf från University of Colorado Boulder; Eric Agol från University of Washington; och Pier-Emmanuel Tremblay från University of Warwick i Storbritannien.

En artikel om resultatet av studien publicerades nyligen i The Astrophysical Journal

Murchison Widefield Array byggt i radiotystnadsområde stördes.

 

Bild https://www.mwatelescope.org/

Astronomer som sökte igenom data från MurchisonWidefield Array, ett radioteleskop i västra Australien ställdes inför ett oväntat mysterium.

Teleskopet består av 4 096 spindelliknande antenner som är utformade för att upptäcka radiovågssignaler från mer än 13 miljarder år sedan verkar nu ha hittat  något mer lokalt en tv-sändning. Detta var förbryllande, med tanke på att teleskopet är placerat i en utsedd radiotyst zon, där den australiska regeringen reglerar signalnivåer från all radiokommunikationsutrustning  inklusive TV-sändare, Bluetooth-enheter, mobiltelefoner med mera  för att minimera störningar för teleskopen i området. Ännu mer förbryllande var att TV-signalen sträckte ut sig över himlen.

"Sedan förstod vi", beskriver Jonathan Pober, fysiker vid Brown University och USA:s forskningsledare för Murchison Widefield Array-projektet. "Jag slår vad om att signalen reflekteras från flygplan.” beskrev Pober det. Vi hade sett dessa signaler i nästan fem år och flera personer hade föreslagit att de var flygplan som speglade TV-sändningar. Vi insåg att vi kanske skulle kunna bekräfta den teorin.

För att göra detta anlitade Pober Browns doktorand Jade Ducharme till astronomiskt detektivarbete. Resultaten från paret publicerades i Publications of the Astronomical Society of Australia och stödde inte bara flygplanshypotesen utan har nu också gett astronomer en ny metod för att identifiera och filtrera bort oönskade radiofrekvenser. Ett mål som blir allt viktigare i takt med att jordens luftrum blir bullrigare i takt med att fler satelliter placeras ut.

"Astronomin står inför en existentiell kris", beskriver Pober. "Det finns en växande oro och vissa rapporter visar att astronomer snart inte kommer att kunna utföra högkvalitativa radioobservationer på grund av störningar från satellitkonstellationer. Detta är särskilt utmanande för teleskop som Murchison Widefield Array som observerar hela himlen samtidigt. Det finns inget sätt att rikta våra teleskop bort från satelliter. 

Studien belyser också hur snabbt frågan om RFI (radio frequency interference) växer. Enligt FN:s kontor för yttre rymdfrågor kretsade 11 330 satelliter runt jorden i juni 2023, en ökning med nästan 40 % från januari 2022.

Fortsätter debatten om huruvida någon åtgärd kommer att räcka när världen alltmer fylls av artificiella signaler. Vissa, som Pober undrar om inte det bästa sättet att undvika störningar är att i framtiden bygga radioteleskop på platser som månen.

Frågan är om universum beter sig på samma sätt överallt

 

Bild wikimedia som visar sadelform av ett öppet universum. 

James Adam, astrofysiker vid University of the Western Cape, Kapstaden i Sydafrika och huvudförfattare till en ny artikel ( i Journal of Cosmology and Astroparticle ”PhysicsProbing the Cosmological Principle with weak lensing shear”) beskriver han en del nya kosmologiska observationer tyder på att det i extremt stor skala kan finnas anisotropier – variationer i universums struktur som utmanar antagandet om isotropi(den accepterade teorin att likheten är slående i alla galaxer, temperatur mm).

Dessa anomalier har identifierats med hjälp av skilda metoder och inkluderar motstridiga mätningar av universums expansionshastighet, studier av den kosmiska bakgrundsstrålningen och olika inkonsekvenser i kosmologiska data. Dessa iakttagelser är dock ännu inte slutgiltiga (och helt säkra). För att utesluta mätfel måste mer data samlas in med hjälp av oberoende metoder. Om flera tekniker bekräftar samma anomalier skulle deras existens bli mycket svårare att avfärda.

Den nya studien av Adam och kollegor har i arbetet utvecklat en ny metod för att testa universums isotropi med hjälp av observationer från instrument som Euclid. Ett ESA-rymdteleskop som sköts upp 2023 och som just har börjat producera bilder av kosmos med oöverträffad kraft, precision och upplösning.

– Vi undersökte med en tidigare ej använd metod för att begränsa anisotropi som involverade så kallad svag gravitationslinsning, 

 beskriver Adam. Svag linsning uppstår på grund av att materia mellan oss och en avlägsen galax böjer bakgrundsgalaxens ljus något och ändrar dess skenbara form. Denna specifika typ av förvrängning kan avslöja om anisotropi är rätt tolkning av universum. Faktum är att analysen av svag linsdata gör det möjligt för forskare att dela upp signalen i två komponenter: E-modeskjuvning, som genereras av fördelningen av materia i ett isotropt och homogent universum och B-modeskjuvning, som vanligtvis är mycket svag och inte bör förekomma i stora skalor i ett isotropt universum.

Att bara observera B-moder i stor skala skulle inte vara tillräckligt för att bekräfta anisotropi då dessa signaler är mycket svaga och kan bero på mätfel eller sekundära effekter. Om en anisotropi är verklig skulle den påverka både E-mode och B-mode på ett icke-oberoende sätt, vilket genererar en korrelation mellan de två signalerna. Endast om Euclides insamlade data avslöjar en signifikant korrelation mellan E- och B-moder skulle det tyda på en anisotrop expansion av universum. Enligt den kosmologiska principen är det inte bara så att det inte finns något centrum eller någon privilegierad plats i den kosmiska rymden utan rymden själv har homogena egenskaper överallt, åtminstone i stor skala.

Svag linsning bygger på principen, som beskrivs av den allmänna relativitetsteorin, att gravitationen böjer ljusets väg. Ju större massan hos en himlakropp är desto starkare är förvrängningen av ljuset som passerar nära den. Galaxer och andra objekt som ligger bakom ett massivt gravitationsfält verkar subtilt förvrängda deras form och orienteringar förändras något i ljuset på grund av gravitation. Genom att noggrant analysera dessa förvrängningar i miljarder galaxer kan kartläggningar av Euclid upptäcka, svaga linsningar och även avslöja närvaron och fördelningen av osynlig materia, inklusive mörk materia.

Metamorf supernovan SN 2014C (som omvandlats i sin spektralklassificering)

 

Bild: Vänster: Ett schematiskt diagram över SN 2014C (som finns ca 30 ljusår bort) och dess yttre CSM, som visar den gradvisa interaktionen mellan SN-utkastningen (blå-vit cirkel i mitten) och den yttre CSM efter explosionen. Överst till höger: Spektral utveckling från en vätefattig SN Ib till en väterik SN IIn 

Nederst till höger: Bolometrisk ljusstyrka och dess modellpassning, som avslöjar den extra energi som tillhandahålls av SN-CSM-interaktionen som finns från de tidiga stadierna. De färgade pilarna indikerar motsvarande ljuskurvepoker för den spektrala utvecklingen som visas ovan. (Bild av ZHAI Qian). SN betyder Supernova, CSM betyder cirkumstellärt material (en ringformad ansamling av material i form av gas, stoft,)

En internationell forskargrupp  under ledning från Yunnanobservatorierna vid den kinesiska vetenskapsakademin har gjort betydande framsteg i observationsstudien av den metamorfa supernovan SN 2014C. Deras arbete ger viktiga insikter om explosionsmekanismerna för denna sällsynta typ av supernova och de sista utvecklingsstadierna av dess föregångare.

N 2014C är en välkänd supernova som har genomgått en anmärkningsvärd omvandling i sin spektralklassificering och utvecklats från en från början vätefattig typ Ib till en väterik typ IIn. Denna omvandling tyder på att föregångarstjärnan till SN 2014C nästan helt hade tappat sitt yttre vätehölje före explosionen och lämnat efter sig ett tätt cirkumstellärt material (CSM) i sin närhet. Detta sällsynta och komplexa fenomen har fascinerat astronomer det senaste decenniet.

Med hjälp av observationer från 2,4-metersteleskopet Lijiang har forskarna släppt de mest omfattande tidiga uppgifterna om SN 2014C. Dessa data gav tidigare bevis på interaktionen mellan supernovan och CSM och fyllde luckan i informationen om de inre lagren av CSM.

Genom att konstruera en modell som inkluderar radioaktivt sönderfall och fördröjd interaktion har forskarna framgångsrikt förklarat det komplexa och variabla ljuskurvan hos SN 2014C.

Deras observationer avslöjade de detaljerade fysikaliska processerna under de inledande stadierna av SN 2014C:s explosion och gav viktiga ledtrådar till dess efterföljande spektrala transformation. Genom att integrera tidiga fotometriska data, spektraldata från sen tid och radio- och infraröda observationer som sträcker sig över ett decennium, upptäckte forskargruppen att CSM runt SN 2014C inte är jämnt fördelad; istället uppvisar den en U-formad struktur. Denna intrikata cirkumstellära miljö har stor betydelse för supernovans ljuskurva och spektrala utveckling.

Studien ger värdefulla insikter i studier av metamorfa supernovor. Arbetet finansierades av bland annat Kinas nationella nyckelforsknings- och utvecklingsprogram och Kinas nationella naturvetenskapliga stiftelse. Studien är publicerad i The Astrophysical Journal.

Upptäckt: Ett solsystem som snabbt rör sig genom Vintergatan

 Bild https://www.nasa.gov  En illustratör visualiserar stjärnor nära mitten av  Vintergatan. Var och en har ger ett färgglatt spår som anger dess hastighet, ju längre och rödare spåret är desto snabbare rör sig stjärnan. NASA-forskare upptäckte nyligen en mycket snabb stjärna, visualiserad nära centrum i denna bild med en planet i omloppsbana. Om fyndet bekräftas sätter paret ett rekord för det i hastighet snabbast kända exoplanetsystemet. NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (Caltech-IPAC)

Astronomer kan ha upptäckt en stjärna som rusar genom centrum av vintergatan tillsammans med en planet i omloppsbana. Om fyndet bekräftas sätter detta solsystem ett nytt rekord som det snabbast rörliga solsystemet som hittats. Hastigheten är nästan dubbelt så stor som vårt solsystems hastighet genom Vintergatan.

Planetsystemet tros röra sig i en hastighet av minst 540 kilometer per sekund.

"Vi tror att det här är en så kallad super-Neptunus-värld som kretsar kring  stjärnan med låg massa på ett avstånd från sin stjärna som kan jämföras med Venus eller jordens omloppsbanor om den befunnits i vårt solsystem", beskriver Sean Terry, postdoktoral forskare vid University of Maryland, College Park och NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Eftersom stjärnan är ljussvag (liten o inte så het)  är planeten långt utanför guldlockszonen. 

Om fyndet bekräftas kommer den att vara den första planet som någonsin hittats i omloppsbana runt en hyperhastighetsstjärna, beskriver han.

Stjärnan är cirka 24 000 ljusår bort, vilket placerar den i Vintergatans centrala nav där stjärnorna är tätt packade. Genom att jämföra stjärnans position 2011 och 2021 beräknade teamet dess höga hastighet. "För att vara säkra på att stjärnan är en del av den orsakade ljussignalen  som man först fann 2011 (som gjorde att den hittades), skulle vi vilja titta igen om ett annat år och se om den rör sig i samma hastighet och riktning för att bekräfta att den kom från den punkt där vi först upptäckte signalen", beskriver Bennett.

En artikel som beskriver resultatet av studien, ledd av Terry, publicerades i The Astronomical Journal den 10 februari.