Halvtungt vatten upptäckt i en protoplanetär skiva.

 

Bild wikipedia En modell av en protoplanetär skiva.

Halvtungt vatten, HDO,(deuterium) innebär att vätekärnorna har endast har en neutron. Halvtungt vatten utgör en andel i naturligt förekommande vatten, med proportionerna 1 del halvtungt vatten till 3200 delar lätt vatten (dricksvatten). Kemiskt är tungt vatten oftast ekvivalent med vanligt vatten, men har vissa unika egenskaper tack vare isotopen deuterium. Förväxla halvtungt vatten inte med tungt vatten D2O (deuteriumoxid) som är giftigt att dricka.

Ett forskarlag under ledning av astronomer vid Leidens universitet i Nederländerna och National Radio Astronomy Observatory i Virginia har för första gången upptäckt halvtung vattenis runt en ung solliknande stjärna. Detta stärker tesen att en del av vattnet i vårt solsystem bildades före vår sol och planeterna. Protostjärnan i fråga är L1527 IRS som finns i stjärnbilden Oxen, cirka 460 ljusår från jorden.

– På flera sätt liknar den hur vår sol såg ut när den började bildas, beskriver John Tobin, från National Radio Astronomy Observatory i Virginia, USA vilken leder ett av Webb-programmen som ansvarar för observationerna.

Förhållandet mellan L1527-vattendeuterationen är mycket likt förhållandet mellan vissa kometer och den protoplanetära skivan hos en mer utvecklad ung stjärna vilket tyder på liknande kalla och uråldriga kemiska ursprung av vatten finns i kometer och skivor. 

"Upptäckten bidrar till de växande bevisen för att huvuddelen av vattenis gör sin resa i stort sett oförändrad från de tidigaste till de senaste stadierna av stjärnbildning", beskriver medförfattaren Ewine van Dishoeck, professor i astronomi vid Leidens universitet som har tillbringat en stor del av sin karriär med att spåra vattnets resa i rum och tid.

Resultaten av studien publicerades i tidskriften The Astrophysical Journal Letters. 

Ett nytt slag av GPS i sökandet efter saknad materia

 

Bild https://www.cfa.harvard.edu En banbrytande studie ledd av Centrum för astrofysik | Harvard & Smithsonian (CfA) har lokaliserat universums "saknade" materia med hjälp av snabba radioblixtar (FRB). Korta ljusstarka radiosignaler från avlägsna galaxer. Illustratörens bild ovan avbildar en ljus puls av radiovågor (FRB) på sin färd genom stoff och gas mellan galaxer. Det så kallade intergalaktiska mediet. Långa våglängder visas i rött vilka saktas ner jämfört med kortare blåare våglängder vilket gör det möjligt för astronomer att "väga" den annars osynliga vanliga materian. Foto: Melissa Weiss/CfA

I en ny banbrytande studie har lokaliserats platsen för universums "försvunna" materia och upptäckts den mest avlägsna snabba radioblixten (FRB) som hittills registrerats. Med radioblixtar som vägledning har astronomer vid Centrum för astrofysik | Harvard & Smithsonian (CfA) och Caltech visat att mer än tre fjärdedelar av universums vanliga materia är dold i den tunna gasen mellan galaxer vilket är ett stort steg framåt för att förstå hur materia interagerar och beter sig i universum. Forskarna har använt den nya datan till att göra den första detaljerade mätningen av vanlig materias fördelning i den kosmiska väven.

I årtionden har forskare vetat att minst hälften av universums vanliga materia (baryoniska materia sådan vi består av bland annat) som främst består av protoner inte kunde redovisas då man inte visste var den fanns. Tidigare har astronomer använt sig av bland annat röntgenstrålningsfältet och ultravioletta observationer av avlägsna kvasarer för att söka efter ledtrådar till stora mängder av denna saknade massa kanske i form av mycket tunn, varm gas mellan galaxerna. Eftersom materian existerar som het gas med låg densitet var den i stort sett osynlig för de flesta teleskop. Men forskarna kunde uppskatta att den fanns men inte bekräfta dess mängd eller plats.

Här kom radioblixtar in i bilden korta, ljusstarka radiosignaler från avlägsna galaxer som forskare först nyligen har visat kan mäta materia (obs det handlar inte om mörk materia) i universum, men som tills nu inte har kunnat hitta dess position.

 I den nya studien analyserade forskarna 60 radioblixtar, från ~11,74 miljoner ljusår bort ex FRB20200120E till galaxen M81 som finns ~9,1 miljarder ljusår bort. FRB 20230521B är den mest avlägsna radioblixt som registrerats. Detta gjorde det möjligt att koppla den försvunna materian till utrymmet mellan galaxer eller som det kallas det intergalaktiska mediet (IGM).

– Det flera decennier gamla problemet med den försvunna baryonen handlade aldrig om huruvida materian existerade, beskriver Liam Connor, astronom vid CfA och huvudförfattare till den nya studien. "Det var alltid: Var är den? Nu, tack vare radioblixtar, vet vi att tre fjärdedelar av den flyter mellan galaxer i form av mycket tunn gas i det kosmiska nätet. Med andra ord känner forskarna nu till var den "försvunna" materian finns.

Studien publicerades i dagarna i Nature Astronomy. 

Radioteleskopens nya bild av universum ger nya möjligheter.

 

Bild https://www.chalmers.se  25-meters-teleskopet i Onsala (t.h).

Sydafrikas stora radioteleskop MeerKAT består av 64 parabolantenner var och en 13,5 meter i diameter, fördelade över ett område på ca 8 km i Karoo-området. MeerKAT är byggt och drivet av Sydafrikas radioastronomiska observatorium SARAO en nationell anläggning inom Sydafrikas National Research Foundation (NRF). Anläggningen invigdes 2018. 

EVN (European VLBI Network) är världens effektivaste nätverk av radioteleskop som arbetar med tekniken långbasinterferometri. Med synkroniserade observationer över avstånd på upp till 9 000 kilometer fungerar de många enskilda antennerna som ett enda teleskop, stort som jorden. Tekniken möjliggör avbildning av universums radiovågor med den högsta möjliga synskärpa. 

Nu har MeerKAT tagit plats i EVN:s nätverk för första gången genom ett samarbete mellan astronomer vid SARAO I Sydafrika och vid det europeiska konsortiet Joint Institute for VLBI ERIC (JIVE) som har sin bas i Nederländerna.  Forskarna riktade MeerKAT tillsammans med många andra teleskop bland dem 25-meters teleskopet vid Onsala rymdobservatorium i Sverige mot en galax långt ut i universum.

Galaxen J0123+3044 vilken lyser tack vare en ström av energirik plasma som kastas ut från ett supermassivt svart hål i dess centrum.

Bilderna i inlägget är en bedrift. För radioastronomer visar bilderna hur MeerKAT:s möjliggör känsligare och skarpare mätningar av kosmiska fenomen.   Astronomer arbetar nu världen över med att bygga de två teleskopen som bildar SKA-observatoriet: SKA-Low i Australien och SKA-Mid i Sydafrika. Bland de vetenskapliga målen för SKA-observatoriet är att koppla samman SKA-Mid-teleskopet med andra teleskop runt om i världen, just som man nu gjort med MeerKAT.   Sverige blir snart medlemsland i SKA-observatoriet, ett globalt samarbete som bygger och driver avancerade radioteleskop i Australien och Sydafrika. Både MeerKAT och EVN är föregångarteleskop till SKA-projektet.  

– MeerKAT med sina 64 antenner är  som en enda parabolantenn med diameter på hundra meter. Det förbättrar bildkvalitét avsevärt. Det här är ett riktigt stort steg framåt mot framtida observationer med teleskopen i SKA-observatoriet, beskriver Jun Yang, astronom vid Onsala rymdobservatorium, Chalmers.  Observationerna i inlägget gjordes med MeerKAT i Sydafrika tillsammans med enskilda radioteleskop i Tyskland, Sydafrika, Lettland, Kina, Italien, Sverige (25-metersteleskopet i Onsala), Sydkorea, Polen, Nederländerna, Tyskland och Spanien, samt nätverket e-MERLIN i Storbritannien.

Ett försök att försöka identifiera och finna mörk materia

 

Bild https://www.stsci.edu

Nancy Grace Roman Space Telescope som senast 2027 ska börja sitt uppdrag kommer att identifiera över 160 000 gravitationslinser för att förstora bakgrundsgalaxer som fanns i det tidiga universum på jakt efter mer information om mörk materia.

Mängden gravitationslinser som bakgrundsljuset kan ge beror på den mellanliggande massan. Mindre massiva klumpar av mörk materia orsakar mindre förvrängningar. Som ett resultat, om forskare kan mäta mindre mängder massa, kan de upptäcka och karakterisera mindre massiva strukturer av mörk materia. De typer av strukturer som gradvis smälte samman över tid för att bygga upp de galaxer vi ser idag.

Med Roman kommer teamet att få en stor samling  statistik om storleken och strukturen av tidiga galaxer. – Att hitta gravitationslinser och kunna upptäcka klumpar av mörk materia genom dem är ett spel med små odds. Med Roman kan vi kasta ut ett brett nät och förväntar oss att ha tur ofta, beskriver Bryce Wedig, doktorand vid Washington University i St. Louis vilken även ledde studien om projektet som är publicerat i AstrophysicalJournal 

 – Vi kommer inte att se mörk materia i bilderna gå den är den osynlig  men vi kan mäta dess effekter, beskriver han.

– I slutändan är frågan vi försöker få svar på: Vilken partikel eller vilka partiklar utgör mörk materia? Daylan tillade. – Även om vissa egenskaper hos mörk materia är kända, har vi i princip ingen aning om vad mörk materia består av. Romanteleskopet kommer att hjälpa oss att urskilja hur mörk materia är fördelad på små skalor och därmed dess partikelnatur.

Innan Roman skjuts upp kommer teamet också att söka efter gravitationslinser för observationer från ESA:s (European Space Agencys) Euclid-uppdrag och det kommande markbaserade Vera C. Rubin-observatoriet i Chile vilket är ett observatorium som  kommer att påbörja sin fullskaliga verksamhet om några veckor. När Romans infraröda bilder kommer in kommer forskarna att kombinera dem med kompletterande bilder av synligt ljus från Euklides, Rubin och Hubbleteleskopet för att maximera sökningen efter data.

"Vi kommer att tänja på gränserna för vad vi kan observera och använda varje gravitationslins som vi upptäcker med Roman för att fastställa partikelnaturen av mörk materia", beskriver Tansu Daylan, huvudforskare för forskarteamet som genomför detta forskningsprogram. Daylan är biträdande professor och fakultetsmedlem vid McDonnell Centrum för rymdvetenskap vid Washington University i St. Louis.

Uranus månar överraskar forskare

 

Bild https://www.stsci.edu/ några av Uranus månar

De fyra månarna i denna studie var Uranus månar Ariel, Umbriel, Titania och Oberon vilka tidvis är låsta till Uranus och då alltid har samma sida mot eller från planeten (likt vår måne har konstant). Den sida av månen som är vänd mot Uranus färdriktning kallas det ledande halvklotet, medan den andra sidan  (nattsidan) kallas det efterföljande halvklotet. Tanken med studien var i utgångsläget att laddade partiklar som fångats längs magnetfältslinjerna i första hand träffade varje månes bakre sida vilket skulle göra det halvklotet mörkare.

"Uranus är annorlunda så det har alltid varit osäkert hur mycket magnetfältet faktiskt interagerar med sina satelliter", förklarar forskaren Richard Cartwright vid Johns Hopkins University's Applied Physics Laboratory. "Till att börja med lutar Uranus 98 grader i förhållande till ekliptikan.”

Det innebär att Uranus är dramatiskt tippad i förhållande till de andra planeternas omloppsplan i solsystemet. Den färdas mycket långsamt runt solen på sidan sp den fullbordar sin 84 år långa omloppsbana. En magnetosfär är ett område som omger en himlakropp där partiklar med en elektrisk laddning påverkas av det astronomiska objektets magnetfält.

I synnerhet förutspådde teamet att baserat på interaktioner med Uranus magnetosfär, skulle  (dagsidan som det kallas för vår måne)  dessa tidvattenlåsta månar, som alltid är vända i samma riktning som de kretsar runt planeten, vara ljusare än de "släpande" sidorna (nattsidan), som alltid är vänd bort. Detta skulle bero på att strålningen förmörkas av laddade partiklar som elektroner som är fångade i Uranus magnetosfär.

Istället fann man med hjälp av Hubbleteleskopet inga bevis för mörkning på månarnas bakre sidor och tydliga bevis för mörkning av de främre sidorna av de yttre månarna. Detta överraskade teamet och tyder på att Uranus magnetosfär kanske inte interagerar så mycket med sina stora månar vilket motsäger befintliga data som samlats in över kortvågiga infraröda våglängder.

Baserat på dessa fynd misstänker Cartwright och hans team att Uranus magnetosfär kan vara ganska lugn eller att den kan vara mer komplicerad än man tidigare ansett. Kanske sker interaktion mellan Uranus månar och magnetosfären, men av någon anledning orsakar det inte asymmetri i de främre och bakre halvkloten som forskarna misstänkt.

Svaret finns ännu inte utan kommer att kräva ytterligare undersökning av Uranus, dess magnetosfär och dess månar. Framtida kompletterande data från NASA:s James Webb Space Telescope kommer att bidra till att ge en mer omfattande förståelse av Uranus satellitsystem och dess interaktioner med Uranus magnetosfär.

En exoplanets märkliga omloppsbana

 

Bilden https://webbtelescope.org  visar 14 Herculis c, en planet som kretsar kring en stjärna 60 ljusår från jorden. Bilden togs med koronagrafen på NASA:s James Webb Space Telescopes NIRCam (Near-Infrared Camera). En stjärnsymbol på bilden markerar platsen för stjärnan 14 Herculis, vars ljus har blockerats av koronagrafen och visas här som en mörk cirkel i vitt.

Exoplaneten, 14 Herculis c, som finns 60 ljusår bort från oss är en av de kallaste planeter som hittats. Det har hittats nästan 6 000 exoplaneter men endast ett litet antal av dem har avbildats direkt, De flesta av dem är mycket heta (hundratals grader celcius). 14 Herculis c, har en massa av cirka 7 gånger mer änvad  planeten Jupiter har och en temperatur av minus 3 grader Celsius. Dess sol stjärnan 14 Herculis, kan jämföras med vår sol i ålder och temperatur men den är lite mindre massiv och är svalare.

Det finns två planeter i detta system. 14 Herculis b finns närmast stjärnan och täcks av den koronagrafiska masken i Webb-bilden ovan. Planeterna kretsar inte runt sin sol på samma plan som planeter i vårt solsystem. Istället korsar de varandra som ett "X", med stjärnan (solen) i mitten. Det vill säga omloppsplanen för de två planeterna lutar i förhållande till varandra i en vinkel på cirka 40 grader. Planeterna drar i varandra genom gravitation när de kretsar runt stjärnan.

Det här är första gången som en bild har tagits av en exoplanet i ett så som vi ser det felriktat system.

Forskare arbetar utefter flera teorier om hur planeterna i detta system kom så "ur spår". Ett av de ledande koncepten är att dessa planeter spreds ut efter att en tredje planet våldsamt kastades ut ur systemet tidigt i planetsystemets bildande.

"Om en planet med en viss massa bildades för 4 miljarder år sedan och sedan svalnade över tiden eftersom den inte har någon energikälla som håller den varm kan vi förutsäga hur varm den borde vara idag", beskriver Daniella C. Bardalez Gagliuffi vid Amherst College, medförfattare till en artikel om studien tillsammans med William Balmer, co-first author of the new paper and graduate student at Johns Hopkins University. "Tillagd information, som den upplevda ljusstyrkan vid direkt avbildning, skulle i teorin stödja denna uppskattning av planetens temperatur."

– Den här exoplaneten är så kall att de bästa jämförelserna vi har som är välstuderade är de kallaste bruna dvärgstjärnorna, beskriver Bardalez Gagliuffi. – I dessa objekt som är liknande som 14 Herculis c, ser vi att koldioxid och kolmonoxid existerar vid temperaturer där vi borde se metan. Detta förklaras med att atmosfären snurrar. Molekyler som bildas vid varmare temperaturer i den lägre atmosfären förs till den kalla övre atmosfären mycket snabbt.

Forskare hoppas att Webbs bild av 14 Herculis c bara är början av en ny fas i undersökningen av detta märkliga system.

Även om den lilla ljuspricken som Webb fick fram innehåller en uppsjö av information, kan framtida spektroskopiska studier av 14 Herculis bättre begränsa de atmosfäriska egenskaperna hos denna intressanta planet och hjälpa forskare att förstå dynamiken och bildningsvägarna i systemet.

Forskarlagets resultat omfattar 14 Herculis c och har accepterats för publicering i The Astrophysical Journal Letters och presenterades vid en presskonferens på tisdagen vid det 246:e mötet för American Astronomical Society i Anchorage, Alaska. För kontakt om detta arbete ses sidan här där kontaktuppgifter till Hannah Braun Space Telescope Science Institute, Baltimore och  Christine Pulliam Space Telescope Science Institute, Baltimore.

Stoft i rymden kan störa teleskop på jorden

 

Bild https://www.pickpik.com/

Astronomer som ser på avlägsna objekt i tid och rum får ofta stoffstörningar i sitt teleskops synfält. Det är svårt att ta en närmare titt på en galax som bildades för till exempel fem miljarder år sedan eftersom det finns mycket partiklar som flyter omkring i själva galaxen och blockerar sikten.

Med hjälp av James Webb Space Telescope (JWST) har Anna Sajina, professor i astronomi och astrofysik vid Tufts Universitet i Boston Massachusetts, studerat hur galaxer och svarta hål bildas.

Tillsammans med kollegor har hon upptäckt att det istäckta stoftet i en avlägsen galax liknar stoft av det slag som finns närmare oss. Upptäcktent kommer att göra det möjligt för astronomer att mer exakt kalibrera sina beräkningar för att mäta saker som stjärn- och svarta hålbildning i det tidiga universum.

Svårigheten med att studera dessa avlägsna tidsperioder  är att bildandet av stjärnor och svarta hål är mycket skymt av stoft. I sin forskning fokuserar Sajina på stoffskymda system och på att "förstå hur man korrigerar för effekterna av damm", påtalar hon.

Stoft absorberar stjärnljus och sänder ut det i det infraröda spektrumet är osynligt för det mänskliga ögat. En stor del av astronomernas förståelse av stjärnbildning "bygger på förmågan att korrigera för stoftets störning", beskriver Sajina. "För att korrigera för det måste man göra vissa antaganden om dammets egenskaper."

Stoftet mellan stjärnorna består av små korn av ex kol, kisel och järn. "Platser där stjärnor bildas är fyllda med kall, tät gas och är rikt på stoft. Det är därför stjärnbildning är skymd av stoft." Det interstellära stoftet står också för en stor del av råmaterialet för den slutliga planetbildningen.

Forskarna använde Webbteleskopets instrument för att se i mellaninfrarött ljus,

Sajinas arbete fokuserade på en galax cirka fem miljarder ljusår bort, vilket innebär att ljuset som nådde JWST lämnade galaxen för cirka fem miljarder år sedan. Galaxen har beteckningen SSTXFLS J172458.3+591545, och här finns ett dolt svart hål (stoff mellan oss o hålet gör det dolt i synligt ljus) som aktivt växer genom att konsumera interstellär gas, en så kallad aktiv galaxkärna.

Med den höga känsligheten hos Webbteleskopet kunde forskarna upptäcka molekyler i fast form som is av koldioxid, kolmonoxid och vatten på stoftkornen.

"Vi har upptäckt molekyler och till och med mycket komplexa molekyler i rymden i form av gaser under lång tid", beskriver Sajina, men det här är första gången "som vi tittar direkt på de fasta ishöljena på stoftkornen."

Observationer bortom Vintergatan av dessa objekt "är väldigt, väldigt sällsynta – de här är de första som kunde undersökas bortom det lokala universum flera miljarder år tillbaka i tiden", beskriver hon. "Spektradetaljerna är så mycket bättre att vi kan förstå mer om kemin som finns på ytorna hos dessa korn."

Forskarna fann att sammansättningen av de istäckta stoftpartiklarna "i princip är densamma som den vi ser i objekt i vår egen galax och mycket närliggande objekt", beskriver Sajina. Så om det för fem miljarder år sedan bildades planeter i dessa avlägsna galaxer skulle de ha samma råmaterial som vi hade i Vintergatan.

Studien publicerades nyligen i AstrophysicalJournal.