Bruna dvärgstjärnor kan avslöja hemligheten med mörk materia

 

Bild https://www.iflscience.com  En konstnärs stiliserade intryck av en brun dvärgstjärna som för våra ögon skulle vara svår att skilja från en vanligt förekommande röd dvärgstjärna. Bild Sissa Medialab personal med Adobe Illustrator

Stjärnors och galaxers rörelser avslöjar gravitationskrafter som är alldeles för stora för att komma från vanlig materia. Att bestämma karaktären hos den "mörka materian" (osynlig materia) kan ses som WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles)  innebärande svagt växelverkande massiva partiklar” av materia, som vi inte kan se eller enkelt mäta och som bara ger sig till känna genom sin gravitation och svaga växelverkan med vanlig materia. WIMPS är en möjlig förklaring till mörk materia.

Just på grund av dess svaga växelverkan med vanlig materia skulle WIMPS vara mycket svåra att upptäcka, så trots att de är en av de tidigaste förklaringarna som föreslagits har de ännu inte hittats (om det finns).

Mörk materia tros vara hopad nära galaxers centrum där den utsätts för gravitationskrafter. Om WIMPS utgör en stor andel av mörk materia betyder det att  koncentreras där till en plats där de beter sig annorlunda än på platser där den är mer utspridd. Ett sådant distinkt beteende kan vara att få så kallade bruna dvärgar att skina upp. 

– Mörk materia växelverkar genom gravitation så den kan fångas in av stjärnor och ackumuleras inuti dem. Om det händer kan den också interagera med sig själv och förintas vilket frigör energi som värmer upp stjärnan, beskriver Dr Jeremy Sakstein vid University of Hawaii. Mörk materia som överladdar en stjärna är dock svår att upptäcka. Stjärnan är redan ljusstark, så det är svårt att säga om den är varmare och ljusare på grund av mörk materia.

 Å andra sidan har bruna dvärgar, objekt med 1,2-8 procent av solens massa, inte tillräckligt med gravitationskraft för att initiera fusion i vanligt väte. De lyser svagt genom en kombination av värme från deras bildning och sammansmältningen av sällsynt deuterium, som kan inträffa vid lägre tryck än vanligt väte. "Ju mer mörk materia du har omkring dig, desto mer kan du fånga in", beskriver Sakstein.

Det som skulle vara en brun dvärg blir vad teamet kallar en "mörk dvärg", som ironiskt nog inte är mörk, eftersom  energin kommer ut som ljus.

Teorin fungerar bara om mörk materia består av WIMPS, eller något liknande, snarare än förklaringar som sterila neutriner, axioner och en mängd andra förslag.

Så om vi hittar en mörk dvärg har vi omedelbart minskat sökandet efter mörk materia dramatiskt.

"Det fanns några markörer, men vi föreslår litium-7 eftersom det skulle vara en unik effekt." Beskriver Sakstein. Litium-7 smälter lätt samman i vanliga stjärnor. Följaktligen är det bara de yngsta stjärnorna som har märkbara mängder. Det är dock bara de tyngre mörka dvärgarna som skulle förbränna litium-7, förutsatt att de fungerar som vi förväntar oss. Det betyder att även om de tyngre mörka dvärgarna skulle se ut som märkligt ljusröda dvärgar, borde det finnas en lägre masspopulation som kan särskiljas genom närvaron av litium-7.

Därför, om litium-7 upptäcktes i vad som verkar vara stjärnor nära Vintergatans centrum, är den mest troliga förklaringen att dessa skulle vara mörka dvärgar och att området är översvämmat av WIMPS.

Studien är publicerad i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics och ett preprint finns tillgängligt på arXiv. 

En (troligen) komet från ett främmande solsystem närmar sig

 

Bild https://science.nasa.gov  Ovan diagram visar banan för den interstellära kometen 3I/ATLAS när den passerar genom solsystemet. Den kommer att vara som närmast oss i oktober. NASA/JPL-Caltech

Kometen utgör inget hot mot jorden då den kommer att befinna sig på ett avstånd av minst 1,6 au astronomiska enheter (en astronomisk enhet är avståndet jorden-solen) från oss. Just nu är den ca cirka 4,5 au från solen. 3I/ATLAS kommer att vara som närmast oss vid inflygningen till solen runt den 30 oktober, på ett avstånd av 1,4 au (cirka 210 miljoner km) precis innanför Mars omloppsbana.

Den interstellära kometens storlek och fysikaliska egenskaper uppmärksammas nu av astronomer runt om i världen. 3I/ATLAS bör vara synlig för markbaserade teleskop till och med september varefter den kommer att passera för nära solen för att kunna observeras. Den förväntas dyka upp igen på andra sidan solen i början av december vilket då möjliggör nya observationer.

Ett spännande objekt som bör undersökas då den närmar sig oss. Så vi inte gör samma misstag som vid Oumuamuas besök vilket vi missade och först såg när den besökt vårt närområde och var på snabb färd bort från oss. Detta objekt anses varit en asteroid men som det spekulerades kunde varit en utomjordisk farkost på spaningsuppdrag mm och önnu i dag vet vi inte säkert vad det var.

Vissa exoplaneter utlöser utbrott från sin sol och kan gå under med tiden.

 

Bild https://www.esa.int/ som visar hur planeter som kretsar nära sina stjärnor kan orsaka sin egen undergång genom att utlösa solutbrott.

Stjärnan, HIP 67522 är något större och svalare än vår sol. Men medan solen är en medelålders 4,5 miljarder år gammal stjärna är HIP 67522 endast 17 miljoner år gammal. Den finns 400 ljusår bort. HIP 67522 har två kända planeter. Den närmaste av de två HIP 67522 b gör ett varv runt sin sol på sju dagar.

På grund av sin ungdom och storlek misstänkte forskarna att stjärnan HIP 67522 skulle snurra snabbt då den bör innehålla mycket energi. Detta energirika snurrande skulle göra stjärnan till en kraftfull magnet.

Vår mycket äldre sol har ett  mindre och lugnare magnetfält. Efter att ha studerat solen visste vi redan att energiutbrott kan explodera från magnetiska stjärnor när "vridna" magnetfältslinjer plötsligt frigörs. Denna energi kan ta formen av allt från milda radiovågor till synligt ljus och till aggressiva gammastrålar.

– Vi begärde snabbt observationstid med Cheopstelekopet vilket kan rikta in sig på enskilda stjärnor med ultraprecision, beskriver Ekaterina Ilin vid Nederländernas institut för radioastronomi (ASTRON) vilken leder ett forskarlag här. "Med Cheops såg vi flera utbrott sammanlagt 15 st, nästan alla kom i vår riktning då planeten passerade framför stjärnan sett från jorden."

Då vi såg utbrotten när planeten passerade framför stjärnan är det mycket troligt att de utlöses av planeten. Med vetskapen om att HIP 67522 b kretsar extremt nära sin sol och genom att anta att stjärnans magnetfält är starkt drog Ekaterinas forskarlag slutsatsen att den närgångna HIP 67522 b är tillräckligt nära för att utöva sitt eget magnetiska inflytande på sin sol.

De tror att planeten samlar energi när den kretsar så nära och sedan omdirigerar den energin som vågor längs stjärnans magnetfältslinjer. När vågen möter slutet av magnetfältslinjen vid stjärnans yta utlöses ett massivt utbrott.

Det är första gången vi ser en planet påverka sin sol vilket vänder upp och ner på vårt tidigare antagande att stjärnor alltid beter sig självständigt.

Och det är inte bara HIP 67522 b som utlöser flares, utan stjärnan utlöser dem också i sin egen riktning. Som ett resultat upplever planeten sex gånger mer strålning än den annars skulle gjort. Att bli bombarderad med så mycket högenergirik strålning bådar föga gott för HIP 67522 b. Planeten som är ungefär lika stor som Jupiter har samma densitet som sockervadd.

Med tiden eroderar strålningen bort planetens fjäderlätta atmosfär vilket innebär att den förlorar massa mycket snabbare än väntat. Under de kommande 100 miljoner åren kan det troligen innebära att den från att vara en planet av nästan Jupiters storlek blir en planet av Neptunus storlek.

"Planeten verkar utlösa särskilt energirika utbrott", påpekar Ekaterina. "Vågorna som den skickar längs stjärnans magnetfältslinjer startar utbrott vid specifika ögonblick. Men energin från solflaren är mycket högre än energin från vågorna. Vi tror att vågorna sätter igång explosioner.

En rapport över upptäckten med titeln " "Close-in planetinduces flares on its host star" av Ekaterina Ilin m.fl. har publicerats nyligen i Nature.   

Medborgarforskare söker efter nya supernovor mm därute.

 

Bild https://warwick.ac.uk/news

Dr. Tom Killestein, Warwick Prize Fellow i gruppen för astronomi och astrofysik vid University of Warwick, är en av ledarna av projektet Kilonova Seekers.

Som en del av medborgarastronomiprojektet, "Kilonova Seekers", har astronomer vid University of Warwick och frivilliga forskare gjort sin första stora upptäckt. Ett exploderande stjärnsystem som upptäcktes i realtid. En upptäckt som inte skulle ha varit möjlig utan allmänhetens flitiga arbete.

"Kilonova Seekers är en möjlighet för allmänheten att ta del av äkta astrofysik i realtid som medborgarforskare. Anmärkningsvärt nog identifierade frivilliga denna stjärna som ett intressant objekt inom 3 1/2 timme efter att bilden togs av GOTO-teleskop (teleskop som finns till försäljning för amatörastronomer). Upptäckten kunde ha missats bland många andra objekt utan medborgarforskares medverkan.

Kilonova Seekers, som tidigare beskrivits som en astronomisk "spot the difference", där man erbjuder allmänheten att jämföra de senaste bilderna av en del av natthimlen med en bild av samma sektion av rymden som tagits tidigare nätter. Målet är att upptäcka nya stjärnor eller betydande förändringar i ljusintensitet som kan tyda på att något anmärkningsvärt har hänt i rymden. Projektet, som publicerats nyligen i Astronomy & Astrophysics,  har tillkännagivit sin första publicerade stora upptäckt. En extremt ljusstark exploderande stjärna som upptäcktes när den råkade komma i blickfånget.

Stjärnan upptäcktes när den ljusnade på natthimlen 2500 gånger starkare jämfört med när den fotograferades några dagar tidigare. Den snabba responsen och det viktiga arbetet från allmänheten gjorde det möjligt att studera och klassificera objektet tidigt i sin utveckling, identifiera det som en snabbt förändrad variabel stjärna. Den har fått namnet GOTO0650.

NASA:s SPHEREx karta över universum är tillgänglig för alla och uppdateras veckovis

 

Bild tagen av Vela Molecular Ridge med  SPHEREx är en del av uppdragets första offentliga datasläpp. Den gula fläcken till höger i bilden är emissionsnebulosan RCW 36, ett moln av interstellär gas och stoft som lyser i vissa infraröda färger på grund av strålning från närliggande stjärnor. Fotograf: NASA/JPL-Caltech

NASA:s nyaste rymdteleskop för astrofysik sköts upp i mars för att skapa en karta över universum . SPHEREx(Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) har nu lagt sig i en låg omloppsbana runt jorden och har börjat leverera data från kartläggningen av universum till ett offentligt arkiv som uppdateras varje vecka vilket nu gör det möjligt allmänheten och forskare att använda denna data för att undersöka kosmos hemligheter. 

"Vi tittar på allt på nästan alla områden av universum då nästan alla områden inom astronomin kan behandlas med hjälp av SPHEREx-data", beskriver Rachel Akeson chef för SPHEREx Science Data Center vid IPAC. IPAC är ett vetenskaps- och datacenter för astrofysik och planetvetenskap vid Caltech i Pasadena, Kalifornien.

Även  NASA:s numera pensionerade WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), har kartlagt hela universum. SPHEREx bygger vidare på detta arv genom att observera i 102 infraröda våglängder, jämfört med WISE:s fyra våglängdsband.

Genom att lägga ihop de många våglängdsbanden i SPHEREx-data kan forskare identifiera signaturerna för specifika molekyler med en teknik som kallas spektroskopi. Uppdragets forskarteam kommer att använda denna metod för att studera fördelningen av fruset vatten och organiska molekyler "livets byggstenar"  i Vintergatan.

Forskarteamet bakom SPHEREx kommer också att använda data från uppdraget för att studera den fysik som drev universums expansion efter bigbang och för att mäta mängden ljus som sänds ut av alla galaxer i universum över tid. Att släppa SPHEREx-data i ett offentligt arkiv uppmuntrar till många fler astronomiska studier än vad teamet skulle kunna göra på egen hand.

"Genom att göra dessa data offentliga gör vi det möjligt för hela astronomisamfundet att använda SPHEREx-data för att arbeta med all denna data inom skilda vetenskapsområden", beskriver Akeson.

Mörk energi som gör att universum accelererar i expansion eller snart avstannar vilket lever vi i?

 

Bild https://pursuit.unimelb.edu.au  Big Bang skedde för cirka 13,8 miljarder år sedan. Diagram: NASA

Einstein formulerade sin relativitetsteori i början av 1900-talet under denna tid ansåg de flesta astronomer att universum var oföränderligt till skillnad från dagens bevisat expanderande universum.

För att förhindra gravitationskollaps och möjliggöra ett evigt statiskt universum lade Einstein till en  term (innebärande en motkraft till gravitation) till sin teori, kallad den "kosmologiska konstanten". Einstein tog senare tillbaka detta efter Edwin Hubbles upptäckt att universum expanderade 1929. 

Tre decennier efter hans död upptäckte astronomer som såg på supernovor att universums expansion accelererade. Den enklaste förklaringen till denna acceleration var att återuppliva Einsteins kosmologiska konstant som en repellerande kraft (innebärande en kraft som motverkar gravitation).

Fram till nyligen kunde våra observationer av universum helt och hållet förklaras av en kosmologisk konstant.

Om de nuvarande antydningarna om att denna acceleration består i att mörk energi försvagas stöds av ytterligare forskning kommer det att innebära att vi måste gå bortom den kosmologiska konstanten, vare sig det är en förändring av den allmänna relativitetsteorin eller för att inkludera tidsutvecklande mörk energi. Men där är vi inte än.

 DESI-samarbetet planerar ett uppgraderat instrument DESI-2 efter den nuvarande kartläggningen och vill så småningom bygga ett mycket mer ambitiöst spektroskopiexperiment, Spec-S5. 

Vi kan se fram emot att en uppgraderad mottagare kommer att installeras på South Pole Telescope på Antarktis år 2028, liksom framtida resultat från Simons-observatoriet i Chile (som börjar med kartläggningsobservationer i slutet av 2025) och på 2030-talet av CMB-S4-experimentet på sydpolen.

 Någon gång längs detta sökande kommer man förhoppningsvis att ha tillräckligt med bevis för att definitivt säga om den accelererande expansionen av universum verkligen håller på att tappa fart eller fortsätter accelerera.

Teamet för studien inkluderade 97 forskare från 34 internationella institutioner. South Pole Telescope stöds av National Science Foundation och forskare vid University of Melbourne av Australian Research Council

Studieresultatet är tillgängligt här.

Här kolliderar galaxhopar

 

Bild https://webbtelescope.org  centrala delen av Bullet Cluster, som består av två massiva galaxhopar. Det stora antalet galaxer och förgrundsstjärnor i bilden fångades av NASA:s James Webb Space Telescope i kortvågigt infrarött ljus medan glödande heta röntgenstrålar som ses har  fångats av NASA:s Chandra X-ray Observatory och visas i rosa.

 Den blå färgen representerar den mörka materian som forskarna just kartlagt med hjälp av Webbteleskopets detaljerade avbildning. Normalt kombineras gas, stoft, stjärnor och mörk materia till galaxer även när de är bundna av gravitation till större grupper (galaxhopar). Hopen är ovanlig på så vis att gasen och den mörka materian inom hopen är separerade vilket ger ytterligare bevis och stöd för mörk materia.

Sammantaget förfinar forskarnas nya mätningar avsevärt det vi vet om hur massa sprids i galaxhopar. Galaxhopen till vänster har ett asymmetriskt, långsträckt område av massa längs den vänstra kanten av det blå området, vilket pekar på tidigare sammanslagningar i hopen av galaxer.

Mörk materia avger, reflekterar eller absorberar inte ljus och forskarnas resultat tyder på att mörk materia inte visar några tecken på betydande självinteraktion. Om mörk materia verkligen växelverkade av sig själv i Webbs observationer skulle teamet se en förskjutning mellan galaxerna beroende av deras respektive mörka materia.

– När galaxhoparna kolliderade drogs gasen utåt och lämnades kvar, vilket röntgenstrålningen bekräftar, beskriver Kyle Finner, medförfattare och biträdande forskare vid IPAC vid Caltech i Pasadena, Kalifornien. Webbs observationer visar att mörk materia fortfarande ligger i linje med galaxerna.

Även om tidigare mätningar med andra teleskop också identifierade osynlig massa utöver massan i galaxerna, var det fortfarande möjligt att den mörka materian kunde växelverka med sig själv i någon grad. Dessa nya observationer sätter starkare gränser för beteendet hos partiklar av mörk materia. De märkliga nya klumparna och den långsträckta massan som forskarlaget identifierade kan betyda att galaxhopen bildades av mer än en kollision mellan galaxhopar miljarder år tillbaka.

Den större galaxhopen, som ses till vänster kan ha drabbats av en mindre kollision innan den rammade genom galaxhopen som ses till höger. Samma större kluster kan också ha upplevt en våldsam interaktion efteråt vilket orsakat en ytterligare omskakning av dess innehåll. "Ett mer komplicerat scenario skulle leda till en enorm asymmetrisk förlängning som vi ser till vänster", beskriver James Jee, medförfattare, professor vid Yonsei University och forskningsassistent vid UC Davis i Kalifornien.

Galaxklustret är enormt, även i jämförelse med kluster i rymden. Webbs NIRCam täckte en betydande del av det enorma området med sina bilder, men inte allt. Webbs första bilder gör det möjligt  att extrapolera hur tung hela "komplexet" är, men vi kommer att behöva framtida observationer av komplexets hela "area" för exakta mätningar.

Inom en snar framtid kommer forskarna också att ha omfattande bilder i kortvågigt infrarött ljus från NASA:s romerska rymdteleskop Nancy Grace, som ska lanseras i maj 2027. "Med Roman kommer vi att ha fullständiga uppskattningar av massan av hela galaxhopen, vilket  gör det möjligt för oss att återskapa den faktiska kollisionen på datorer", beskriver Finner.

Stjärnhopen finns i stjärnbilden Kölen ( eng.Carina) , 3,8 miljarder ljusår från jorden. 

"Med Webbs observationer mätte vi noggrant massan hos Bullet Cluster med den största linsdatamängden hittills, från galaxhopens kärnor hela vägen ut till deras utkanter", säger Sangjun Cha, huvudförfattare och doktorand vid Yonsei University i Seoul, Sydkorea. till artikeln som publicerades i  The Astrophysical Journal Letters.