Webbteleskopet avslöjar Galax JADES-GS-z14-0 komplexa kemi

 

Bild wikipedia JADES-GS-z14-0 visas som en röd fläck markerad med en pil i den här bilden av galaxen NIRCam. Det vita objektet längst upp till vänster i fyrkanten är en galax i förgrunden som betecknas som NIRCam ID 183349.

Astronomer vid University of Arizona har nu lärt sig mer om en galax som existerade redan när universum var mindre än 300 miljoner år gammalt vilket innebär ungefär 2 procent av universums nuvarande ålder.

Galaxen observerades av NASA:s James Webb Space Telescope och har beteckningen JADES-GS-z14-0. Den är oväntat ljusstark och kemiskt komplex för att vara ett objekt från denna tidiga tid av universum. Det ger en sällsynt inblick i universums tidigaste tidshistoria. Resultaten av studien har publicerats i tidskriften Nature Astronomy och bygger även på då forskarna  först upptäckte galaxen  2024 och förstod att JADES-GS-z14-0 var den mest avlägsna galaxen i tid och rum som någonsin observerats.

Även om den första upptäckten gav eko av galaxens rekordstora avstånd i tid och rum från oss var dess oväntade ljusstyrka något som kunde ge kunskap om dess kemiska sammansättning och evolutionära tillstånd. Inom astronomin anses allt som är tyngre än helium vara "metall", beskriver Jakob Helton, forskare vid Steward Observatory. Metaller tyngre än helium kräver generationer av stjärnor för att uppkomma. Det tidiga universum innehöll bara väte, helium och spårmängd av litium. Men upptäckten av betydande mängder syre i galaxen JADES-GS-z14-0 tyder på att galaxen hade bildat stjärnor i potentiellt 100 miljoner år innan den observerades och från tidigare generation av stjärnor som inte längre fanns.

För att kunna bilda syre måste galaxen ha blivit till mycket tidigt efter BigBang eftersom den skulle ha behövt bildas ur en tidigare generation av stjärnor, beskriver George Rieke, professor i astronomi vid Regents University och studiens huvudförfattare. Dessa tidigare stjärnor måste ha utvecklats och exploderat som supernovor mycket snart efter BigBang för att syre skulle finnas i den interstellära rymden från vilken nya stjärnor skulle bildas och utvecklas ex de i galaxen JADES-GS-z14-0.

– Det är en väldigt komplicerad cykel att få så mycket syre som den här galaxen har. Så det är verkligen häpnadsväckande, beskriver Rieke. Upptäckten tyder på att stjärnbildningen började tidigare än vad forskarna tidigare trott vilket skjuter fram tidslinjen för när de första galaxerna kan ha bildats efter Big Bang.

Observationen krävde ungefär nio dagars teleskoptid, inklusive 167 timmars NIRCam-avbildning och 43 timmars MIRI-avbildning, med fokus på en mycket liten del av himlen.

Astronomerna vid University of California hade tur att den här galaxen råkade ligga på en perfekt plats för att kunna observeras med MIRI. Om de hade riktat teleskopet bara en bråkdel av en grad i någon annan riktning skulle de ha missat att få dessa viktiga data i mellaninfrarött ljus, beskriver Helton.

Det är otroligt att det fanns syre här och svårt att ta till sig att det redan innan denna galax fanns stjärnor som troligast blivit supernovor och bildat syre. Dessa bör ha varit stora kortexisterande blå jättestjärnor av väte som varit mycket kortlivade. Men kan det inte även finnas en möjlighet att ett tunt gasmoln mellan oss och galaxen innehållande syre ger fel spektra resultat av galaxen?

Mystiskt fenomen tros vara ett okänt slag av mörk materia

 

Bild wikimedia Bild av natthimlen ovanför Paranal i Chile den 21 juli 2007, tagen av ESO-astronomen Yuri Beletsky. Ett brett band av stjärnor och stoftmoln sträcker sig över mer än 100 grader av skyn. Det är Vintergatan som ses. I mitten av bilden ses två ljusa objekt. Den ljusaste är planeten Jupiter, medan den andra är stjärnan Antares. Tre av de fyra 8,2-metersteleskop som utgör ESO:s VLT (very large teleskop) syns med en laserstråle som strålar ut från Yepun, enhetsteleskop nummer 4. Laserstrålen pekar direkt mot Vintergatans centrum. På bilden syns även tre av de 1,8 m stora hjälpteleskop som används för interferometri. De visas som små ljusstrålar som är dioder placerade på kupolerna. Exponeringstiden är 5 minuter och då spårningen gjordes på stjärnorna är teleskopen något suddiga.

Dr Shyam Balaji, postdoktor forskare vid King's College London och en av huvudförfattarna till studien, förklarar: "I centrum av Vintergatan finns enorma moln av positivt laddat väte vilket varit ett mysterium för forskare i årtionden eftersom väte normalt sett är neutral. Frågan är vad är det som ger tillräckligt med energi för att slå ut de negativt laddade elektronerna ur vätet?

"Energisignaturerna som strålar ut från den här delen av vår galax tyder på att det finns en konstant, roterande energikälla som gör just det och våra data säger att den kan komma från en mycket ljusare form av mörk materia än vad nuvarande modeller tar hänsyn till." (min fundering är om kan det vara ett fenomen från det svarta hålet och är fenomenet likartat i andra galaxer?)

Den mest etablerade teorin för mörk materia är att det sannolikt är en grupp partiklar som kallas "Weakly Interacting Massive Particles" (WIMPs), som passerar genom vanlig materia utan mycket interaktion vilket gör dem extremt svåra att upptäcka.

Forskarna tror att dessa små partiklar av mörk materia kraschar in i varandra och producerar nya laddade partiklar i en process som kallas " annihilation". Dessa laddade partiklar kan sedan jonisera vätgasen.

Tidigare försök att förklara denna joniseringsprocess har förlitat sig på kosmisk strålning som är snabba och energirika partiklar som färdas genom universum. Denna förklaring har dock stött på vissa svårigheter då energisignaturer som registrerats från observationer av den centrala molekylära zonen (CMZ) där detta sker (att väte blir positivt laddat)  inte verkar vara tillräckligt stor för att tillskrivas kosmisk strålning. En sådan process verkar inte heller vara möjlig med WIMPs.

Forskargruppen förklarar att energikällan som ger resultatet av  kraschen (vilket ger positivt laddat väte) resulterar i längre våglängder än kosmisk strålning ger och mindre partiklar än en WIMP.

– Sökandet efter mörk materia är vetenskapens största jaktbyte sedan länge men många experiment är baserade på jorden. Genom att använda gas vid CMZ för en annan typ av observation kan vi komma direkt till källan. Data visar att mörk materia potentiellt kan vara mycket ljusare än vi trott (och kanske något enklare att hitta med rätt slags instrument än vi förstår. Men vilket?).

– Sökandet efter mörk materia är ett av grundvetenskapens viktigaste mål, men många experiment är baserade på jorden och härifrån söker man efter vad den mörka materian är. Genom att kika in i mitten av vår Vintergata antyder vätgasen i CMZ att vi kan vara närmare att identifiera bevis för den mörka materians möjliga natur om vi söker här istället.

Upptäckten ovan kan samtidigt förklara än större mysterier i vår galax som till exempel en specifik typ av röntgenstrålningsobservationer som hittats i Vintergatans centrum känt som "511-keV-emissionslinjen". Denna specifika energisignatur kan också bero på att samma mörka materia som med låg massa kolliderar och producerar laddade partiklar.

Studien  publicerades nyligen i Physical Review Letters och har potentiellt återupplivat en annan typ av mörk materia med mycket lägre massa än en WIMP.

Jag anser däremot att mörk materia är en form av gravitation vi ännu inte förstår och inget annat. 

Stjärnbildning i nebulosan Lynds 483

 

Bild https://webbtelescope.org på nebulosan Lynds 483 som finns ca 700 ljusår bort från oss.

I mitten på bilden ses ett tunt vertikalt liggande gasmoln som kallas Lynds 483 och är format som ett timglas med oregelbundna kanter. Den nedre loben är något avskuren. Den övre loben ses i sin helhet och försvinner ut från toppen.

Bilden är tagen med högupplöst nära-infrarött ljus av NASA:s James Webb Space Telescope och visar tidigare okända detaljer och strukturer i Lynds 483.

Två stjärnor under bildning ses i de skimrande utkastningarna av gas och stoft som glimmar i orange, blått och lila i bilden.

Under tiotusentals år har de centrala protostjärnorna periodvis kastat ut en del av gasen och stoftet i täta, snabba jetstrålar och något långsammare utflöden ut i rymden. När nyare utkastningar träffar äldre kan materialet sammanslås  och snurra beroende på densiteten hos det som sammanslås. Med tiden har kemiska reaktioner i dessa utkastningar och det omgivande molnet producerat en rad molekyler, som kolmonoxid, metanol och med flera organiska föreningar.

Om miljontals år när stjärnorna har bildats färdigt, kan var och en av dem vara ungefär lika stor och med likartad massa som vår sol. Deras utflöden kommer att ha rensat området kring dem och svept bort de halvgenomskinliga utkastningarna som ses på bilden ovan. Allt som kan finnas kvar blir då en liten skiva av gas och stoft runt dem där planeter så småningom kan bildas.

För mer info om bild och upptäckt kan man kontakta Claire Blome Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland

eller Christine Pulliam Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland

En mycket gammal krater hittad vilket ger ny kunskap om Jordens forna historia

 

Bild https://www.curtin.edu.au  Stora koniskt splittrat berg i Pilbarakratonen i västra Australien ger synliga bevis på ett meteoritnedslag för 3,5 miljarder år sedan. Fotograf: Chris Kirkland, Curtin University

Forskare vid Curtin University har upptäckt vad som visat sig vara världens äldsta kända nedslagskrater vilket kan komma att förändra vår förståelse av livets ursprung och hur vår planet formades.

Teamet från Curtin's School of Earth and Planetary Sciences och Geological Survey of Western Australia (GSWA) undersökte berglager i North Pole Dome  ett område i Pilbara-regionen i västra Australien  och fann bevis på ett stort meteoritnedslag som skedde för 3,5 miljarder år sedan.

Professor Tim Johnson från Curtin University en av studiens ledare beskriver att upptäckten utmanar tidigare antagande om jordens forntida historia.

– Innan vår upptäckt var den äldsta nedslagskratern 2,2 miljarder år gammal, så det här är den överlägset äldst kända kratern som hittats på jorden, beskriver professor Johnson. "Studien ger en viktig pusselbit till hur jorden påverkats historiskt och tyder på att det kan fler uråldriga kratrar att upptäcka."

Professor Chris Kirkland även han från Curtin's School of Earth and Planetary Sciences beskriver att upptäckten kastar nytt ljus över hur meteoriter format jordens tidiga historia.

– Att upptäcka detta nedslag och hitta fler från samma tidsperiod kan förklara mycket om hur livet kan ha börjat eftersom nedslagskratrar skapade miljöer som var bra för mikrobiellt liv, till exempel varmvattenbassänger, beskriver professor Kirkland.

Det förfinar radikalt vår förståelse av jordskorpans bildning: den enorma mängden energi från detta nedslag kan ha spelat en roll i att forma den tidiga jordskorpan genom att trycka in en del av jordskorpan under en annan jordskorpa eller genom att tvinga magma att stiga upp från djupet från jordens mantel mot ytan.

Nybildade solsystem kan nu undersökas effektivare.

 

Bild En konstnärs tolkning av solsystemet PDS 70 med protoplaneter, var och en omgiven av stoftringar upplysta av stjärnljus. Planeterna själva (inte i skala) omges av tunna ringar av plasma uppvärmda till cirka 7700 grader Celcius, som lyser vid den röda emissionslinjen för H-alfa-ljus. Emmeline Close och Laird Close.

Ett instrumentet kallat Magellan Adaptive Optics Xtreme (alternativt MagAO-X) har observerat två unga planeter i omloppsbana runt PDS 70, en 5 miljoner år gammal stjärna i stjärnbilden Kentauren, 370 ljusår från jorden.

 Här upptäcktes för första gången kompakta ringar av stoft som omger  planeterna vilket sannolikt kommer att ge upphov till månar. Teamet observerade också  förändringar i planeternas ljusstyrka vilket är tydliga tecken på att systemet är ungt.

"Det här är ett stort tekniskt genombrott, beskriver Laird Close, professor i astronomi vid Steward Observatory vid University of California College of Science och tillägger att bilderna överträffar upplösningen hos rymdteleskop, ex 2,4-metersteleskopet Hubble och James Webb Space Telescope.

Tillsammans med 6,5-meters Magellanteleskopet vid Las Campanas-observatoriet i Chile fungerar instrumentet som ett "adaptivt optiksystem" vilket innebär att det korrigerar för turbulens i atmosfären över jorden som annars hindrar astronomiska observationer. I själva verket eliminerar systemet stjärnornas "blinkning" vilket gör det möjligt för teleskopet att ta bilder som kan mäta sig med dem från ett optiskt rymdteleskop.

Unga planeter så kallade protoplaneter är sällsynta och PDS 70 planeterna b och c är de enda unga planeter som är välkända för astronomer av de 5 000 bekräftade exoplaneter som hittats. Att utveckla skarpare bilder av protoplaneter och stoftet runt dem är nyckeln till att förstå hur planeter och deras månar bildas beskrivs i forskargruppen.

Trots att planeterna i solsystemet PSD 70 är flera gånger större än Jupiters massa är de endast cirka 5 miljoner år gamla vilket innebär att de fortfarande växer  i storlek. Det är när planeterna får massa från vätgasmolnet som omger dem som mer massa faller ner på dem och de växer i storlek, beskriver Close.

Arbetet finansierades av NASA Exoplanet Research Program. MagAO-X stöds av National Science Foundation och Heising-Simons Foundation. Observationernas resultat har publiceras i The Astronomical Journal.

Trippelobjekt hittade i Kuiperbältet

 

Bild wikipedia som visar en konstnärs version av Kuiperbältet och Oorts kometmoln.

Sannolikt är Altjira-systemet 148780 en stabil trio av isiga asteroider i Kuiperbältet. De upptäcktes i data från NASA:s rymdteleskop Hubble och det markbaserade W.  M. Keck-observatoriet på Hawaii.

Om datan bekräftas tyder det på att det kan finnas liknande tripletter som väntar på att upptäckas vilket skulle stödja en teori om vårt solsystems historia och bildandet av Kuiperbältesobjekt (KBOs).

"Universum är fyllt av objekt ex stjärnor i trippelstjärnsystem ex Alpha Centauri-stjärnsystemet och trippelobjekt i Kuiperbältet kanske inte är något undantag", beskriver studiens huvudförfattare Maia Nelsen, som har examen i fysik och astronomi vid Brigham Young University i Provo, Utah.

KBO:er har varit kända sedan 1992 och är primitiva isiga rester från det tidiga solsystemet som finns bortom Neptunus omloppsbana. Hittills har över 3 000 KBO:er katalogiserats, och forskare uppskattar att det kan finnas flera hundra tusen fler som mäter över 10 mil i diameter. Den största KBO vi känner till är dvärgplaneten Pluto.

Fyndet är ett viktigt stöd för en KBO bildningsteori, där tre små steniga kroppar inte är resultatet av en kollision i Kuiperbältet utan istället bildats som en trio direkt från den gravitation kollaps av materia i den skiva av materia som omgav den nybildade solen för cirka 4,5 miljarder år sedan. Det är välkänt att stjärnor bildas genom gravitation kollaps av gas, vanligtvis som par eller tripplar, men om objekt som de i Kuiperbältet bildas på ett liknande sätt är inte helt klarlagt.

Altjira-systemet finns i de yttre delarna av solsystemet, 3,7 miljarder mil bort eller 44 gånger avståndet mellan jorden och solen. Hubble-bilder visar två KBO:er som finns ca 7600 kilometer från varandra. Forskare beskriver att upprepade observationer av objektens unika trippelrörelse tyder på att det inre objektet  är två kroppar som ligger så nära varandra att de inte kan urskiljas på ett så stort avstånd från oss.

"Med så här små och  objekt på så stort avstånd från oss är separationen mellan de två inre delarna av systemet en bråkdel av en pixel på Hubbles kamera så man måste använda icke-avbildande metoder för att upptäcka att det är en trippel", beskriver Nelsen.

Det tar tid och tålamod, förklarar Nelsen. Forskare har samlat in en 17-årig observationsbaslinje med data från Hubble och Keck-observatoriet.

"Med tiden såg vi hur orienteringen av det yttre objektets omloppsbana ändrades vilket tydde på att det inre objektet antingen var mycket långsträckt eller i själva verket två separata objekt", beskriver Darin Ragozzine, också vid Brigham Young University, en av författarna till Altjira-studien.

"Ett trippelsystem passade bäst in som tolkning när vi satte in Hubble-data i olika modelleringsscenarier", beskriver Nelsen. För närvarande finns det ett 40-tal identifierade binära objekt i Kuiperbältet.

De enda objekten i Kuiperbältet som har utforskats i detalj är Pluto och det mindre objektet Arrokot Arrokoth, som NASA:s New Horizons-uppdrag besökte 2015 respektive 2019. Studien är publicerad i Tidskriften Planetary Science. 

Hubbleteleskopets bild på supernovaresten Veilnebulosan

 

Bild https://science.nasa NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble avbildar en supernovarest som kallas Veilnebulosan. ESA/Hubble och NASA, R. Sankrit

Veilnebulosan är resterna (gas och stoff) av en stjärna som var ungefär 20 gånger så massiv som solen och som exploderade som supernova för cirka 10 000 år sedan. Nebulosan finns cirka 2 400 ljusår bort i stjärnbilden Svanen (Cygnus). Hubbleteleskopet tog bilder av nebulosan tunder 1994, 1997 och 2015.

Vyn ovan kombinerar bilder tagna i tre olika filter med Hubbles Wide Field Camera 3 och visar emission från väte-, svavel- och syreatomer. Bilden visar bara en liten del av nebulosan. Om du kunde se hela nebulosan utan hjälp av ett teleskop skulle den vara lika bred som sex fullmånar placerade sida vid sida.

Även om den här bilden visar Veilnebulosan vid en viss tidpunkt hjälper den forskare att förstå hur supernovarester utvecklas under årtionden. Genom att kombinera denna ögonblicksbild med Hubble-observationer från 1994 kommer man att se rörelsen hos enskilda gasfilament över den tidsperioden vilket ökar vår förståelse av nebulosan.

Vid mer information om ovan bild kontaktas Claire Andreoli (claire.andreoli@nasa.gov) NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD