Ljudstörning från det tidiga universum kan tolkas som att vi finns i ett gigantiskt tomrum

 

Bild https://theconversation.com  Illustration som visar att något fler galaxer bildats längs krusningarna av de ursprungliga ljudvågorna (markerade med blått) än någon annanstans. Sedan sträcktes galaxernas ringar ut i takt med universums expansion. Övriga galaxer är nedtonade i  bilden för att  effekten lättare ska ses. Nasa

Om man ser upp på natthimlen kan det verka som om vårt kosmiska grannskap är fullt av planeter, stjärnor och galaxer. Men forskare har länge föreslagit att det kan finnas mycket färre galaxer i vår kosmiska omgivning än vad man tror.

I själva verket verkar det som om vi lever i ett gigantiskt kosmiskt tomrum med ungefär 20 % lägre densitet än den genomsnittliga densiteten av materia i övriga kosmos.

Alla fysiker är inte övertygade om att så är fallet. Men i en ny artikel i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society beskrivs teorin.

Kosmologin befinner sig i en kris och krisen är Hubbles lag  : då det lokala universumet verkar expandera cirka 10 procent snabbare än väntat. Den förutspådda hastigheten kommer från extrapolering av observationer av det unga universum fram till idag med hjälp av standardmodellen för kosmologi, känd som Lambda-Cold Dark Matter (ΛCDM). 

Vi kan observera det tidiga universum i detalj genom den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB), en relik från det tidiga universum när det var 1 100 gånger mindre än det är idag. Ljudvågor i det tidiga universum skapade slutligen områden med låg och hög densitet och temperaturer.

Genom att studera CMB:s temperaturfluktuationer på olika skalor kan vi i princip "lyssna" på ljudet från det tidiga universum som är särskilt "bullrigt" på vissa skalor. beskriver Banik och tillägger "Mina kollegor och jag har tidigare argumenterat för att spänningen i Hubble-systemet kan bero på att vi befinner oss i ett stort tomrum. Det beror på att den glesa mängden materia i tomrummet skulle attraheras av gravitationen till den tätare materian utanför det, och materia kontinuerligt flödar ut ur tomrummet.

I tidigare forskning har vi (studiens forskare Indranil BaniPostdoktoral forskare i astrofysik, University of Portsmouth, Vasileios Kalaitzidis Scottish Universities Physics Alliance, University of Saint Andrews, North Haugh, Saint Andrews, Fife KY16 9SS, Storbritannien) visat att detta flöde skulle få det att se ut som om det lokala universumet expanderar cirka 10 % snabbare än väntat. Det skulle lösa Hubbles lags motsättning.

Men de ville ha mer bevis. Och vi vet att ett lokalt tomrum skulle förvränga förhållandet mellan BAO-vinkelskalan och rödförskjutningen något på grund av den snabbare rörliga materian i tomrummet och dess gravitations effekt på ljuset utifrån.

Lever vi i ett gigantiskt tomrum? Det skulle kunna lösa gåtan med universums expansion

Så i den nya artikel har Vasileios Kalaitzidis och Indranil försökt testa tomrumsmodellens förutsägelser med hjälp av BAO-mätningar som samlats in under de senaste 20 åren. De jämförde tidigare  resultat med modeller utan tomrum under samma bakgrundsexpansionshistorik.

I den tomma modellen ska BAO-linjalen se större ut på himlen vid varje given rödförskjutning. Och detta överskott borde bli ännu större vid låg rödförskjutning (nära avstånd), i linje med Hubbles lag.

Observationerna bekräftar denna förutsägelse. Våra resultat tyder på att ett universum med ett lokalt tomrum är ungefär hundra miljoner gånger mer sannolikt än ett kosmos utan ett sådant, när man använder BAO-mätningar och antar att universum expanderar enligt standardmodellen för kosmologi som ses av CMB.

Vår forskning visar att ΛCDM-modellen utan något lokalt tomrum befinner sig i "3,8 sigma-spänning" med BAO-observationerna. Detta innebär att sannolikheten för ett universum utan ett tomrum som passar dessa data är mindre sannolik. Kort sagt  modeller som visar tomrum passar insamlad data ganska bra.

Vädersolar (sun dogs) kan uppstå på vissa exoplanter

 

Bild wikipedia Mycket ljusa vädersolar  i Fargo, North Dakota. Man kan också se delar av 22° halo (bågarna som passerar genom varje väderbåge), en solpelare (den vertikala linjen) och en parhelisk cirkel (den horisontella linjen).

Iskristaller i jordens atmosfär är ibland exakt rätt inriktade för att skapa olika visuella effekter av en halo runt månen till ljusa fläckar som kallas vädersolar på vardera sidan av solen på en vinterhimmel, eller en pelare med regnbågar, som kallas en kronblixt ovanför ett stormmoln.

Cornell-astronomer har funnit att liknande fenomen kan dyka upp på himlen över vissa exoplaneter. De så kallade heta Jupiter-sorten. En vanlig typ av gasformiga jätteplaneter som kretsar nära sin värdstjärna. På WASP 17b , en het exoplanet i Jupiterklassen kan vindar på 10 000 kilometer i timmen rikta in partiklar i moln som består av kvarts och andra kristallina mineralaerosoler. Detta ger förhållanden där polariserande stoft troligen kan interagera med stjärnljus på samma sätt som iskristaller interagerar med solljus på jorden.

"Precis som bildningen av iskristaller i jordens atmosfär får observerbara fenomen, kan vi observera inriktningen av silikatkristaller i heta Jupiter-exoplaneter", beskriver Elijah Mullens, MS '24, doktorand i astronomi och medförfattare till studien.

"Silicate Sundogs: Probing the Effects of GrainDirectionality in Exoplanet Observations" publicerad i The Astrophysical Journal Letters den 21 juli. I artikeln föreslår Mullens och medförfattaren Nikole Lewis, docent i astronomi vid College of Arts and Sciences, att förhållandena är de rätta i exoplanetens atmosfär för att vinden ska kunna rikta in silikatkristaller. En process som kallas mekanisk inriktning vilken skapar visuella effekter.

Högenergirika partiklar i rymden kan bevara liv under Mars yta.

 

Bild wikipedia Mars i naturlig färg tagen av Förenade Arabemiratens första rymdsond. rymdsonden Hope. Tharsis Montes kan ses i mitten, med Olympus Mons precis till vänster och Valles Marineris till höger.

I en ny studie från NYU Abu Dhabi beskrivs hur man funnit att högenergirika partiklar från rymden i form av kosmisk strålning, kan skapa den energi som behövs för att stödja liv under dess yta på planeter och månar i vårt solsystem.

NYU Abu Dhabi är det första omfattande liberala konst- och forskningscampuset i Mellanöstern som drivs utomlands av ett stort amerikanskt forskningsuniversitet. Times Higher Education rankar NYU ses som de 35 bästa universiteten i världen, vilket gör NYU Abu Dhabi till det högsta globalt rankade universitetet i Förenade Arabemiraten och MENA-regionen. NYU Abu Dhabi har integrerat en mycket selektiv läroplan för grundutbildningen.

Forskningsresultatet visar att kosmisk strålning inte bara kan vara ofarlig i vissa miljöer utan även kan hjälpa mikroskopiskt liv att överleva. Detta studieresultat utmanar den traditionella uppfattningen att liv bara kan existera i direkt solljus eller vulkanisk värme.

Teamet fokuserade på vad som händer när kosmisk strålning träffar vatten eller is under marken. Händelsen bryter sönder vattenmolekyler och frigör små partiklar  i form av elektroner. Vissa bakterier på jorden kan använda dessa elektroner till energi, på samma sätt som växter använder solljus. Processen kallas radiolys , och processen kan bevara liv även i mörka, kalla miljöer utan solljus.

Med hjälp av datorsimuleringar har forskarna studerat hur mycket energi denna process skulle kunna ge på Mars och på de isiga månarna runt Jupiter och Saturnus. Dessa månar är täckta av tjocka lager av is och tros innehålla vatten under isen. I studien fann visas att Saturnus isiga måne Enceladus hade störst potential att stödja liv på detta sätt, följt av Mars och därefter Jupiters måne Europa.

- Upptäckten förändrar vårt sätt att tänka på var liv kan finnas, beskriver Dimitra Atri, försteforskare vid Space Exploration Laboratory vid NYUAD:s Center for Astrophysics and Space Science (CASS och som var den som ledde forskningsprojektet. 

– I stället för att bara leta efter solvarma planeter kan vi nu titta på platser som är kalla och mörka, så länge de har lite vatten under ytan och utsätts för kosmisk strålning. Livet kanske kan överleva på fler platser än vi kan föreställa oss."

Studien introducerar en ny idé som kallas den Radiolytic Habitable Zone. Till skillnad från den traditionella "Guldlockszonen" området runt en stjärna där en planet kan ha flytande vatten på sin yta fokuserar denna nya zon på platser där vatten finns under jorden och kan aktiveras av kosmisk strålning. Eftersom kosmisk strålning finns i hela rymden kan det betyda att det finns många fler platser i universum där liv kan existera än vi trodde.

Resultaten ger ny vägledning för framtida rymdfärder. I stället för att bara leta efter tecken på liv på ytan kan forskare också utforska underjordiska miljöer på Mars och de isiga månarna med hjälp av verktyg som kan upptäcka kemisk energi under ytan som skapats av kosmisk strålning.

Studien, som är publicerad i International Journal of Astrobiology,  av Dimitra Atri, med kolleger vid Space Exploration Laboratory vid NYUAD:s Center for Astrophysics and Space Science (CASS).

Lös byggproblem i rymden och få användning för metoderna på Jorden.

 

Bild Texas https://stories.tamu.edu  A&M-professorn Dr. Nancy Currie-Gregg sätter upp en flagga för det nya Texas A&M University Space Institute under en  ceremoni i höstas. Anläggningen i Houston ska stå klar hösten 2026. Upphov: Texas A&M University Engineering

Månbaser planeras till 2030 och en tur- och returresa till Mars 2039.

Dessa rymdplaner kräver byggnader att bo och arbeta i vilket är en utmaning eftersom det kostar allt från 500 000 dollar till 1 miljon dollar att frakta upp ett kilo av vad som helst i rymden. Det innebär att byggandet istället måste ske i tyngdlöshet på plats med material som är tillgängligt vilket är minst sagt utmanande. 

Dr. Patrick Suermann, professor i byggvetenskap vid Arkitekthögskolan, och civil- och miljöingenjör och  pensionerad överstelöjtnant i det amerikanska flygvapnet, vars passioner kombineras vid Texas A&M University och även är delägare i Texas A&M College of Engineering där NASA bygger för framtiden för rymdutforskning genom innovativ forskning som bedrivs i mer än ett dussin centra och laboratorier vid A&M, och snart ska expandera till Johnson Space Center i Houston.

I rymden finns det inget utrymme för slöseri, ineffektivitet eller fel. Forskare som Suermann studerar därför hur autonoma system, robotik och avancerade material kan användas för att bygga strukturer på månen och Mars med material (mineral) som finns på plats. Samma teknik kan även anpassas för att förbättra säkerheten, minska kostnaderna och öka hållbarheten i jordbaserat byggande. "Ju mer vi kan omvandla konstruktion till tillverkning med materia på plats, desto effektivare kommer vi att bli", beskriver Suermann. "Produkterna i de stora varuhusen skulle inte vara så billiga om folk inte hade behärskat effektiviteten vid tillverkningen. Men eftersom vi måste bygga projekt på plats och de flesta av dem är specialtillverkade engångsprojekt, är byggprojekt ineffektiva och dyra."

Hans teams arbete med att 3D-printa månklossar har direkta tillämpningar för katastrofhjälp och fjärrbyggande på jorden. Regolith [jord och bruten sten] på månen anses vara lämplig för byggande, så Suermann har visionen av genomförbarheten av att bygga med lokala material även på jorden, särskilt på landsbygden eller i underutvecklade områden på jorden istället för att exportera byggmaterial dit.

Han pekar också på behovet av nya standarder och processer. "Vi designar saker som kan motstå krafterna på månen och Mars", beskriver  han. "Vi etablerar ny kunskap och nya processer som bör implementeras i allt byggande om vi ska vara konkurrenskraftiga."

Det verkar som om livet kom till Jorden från yttre rymden.

 

Bild https://www.mpg.de/ Illustratörs bild av den planetbildande skivan runt stjärnan V883 Orionis. I den yttersta delen av skivan ses flyktiga gaser frusna ut och liknar is. De innehåller komplexa organiska molekyler. Ett energiutbrott från stjärnan värmer upp den inre skivan till en temperatur som förångar isen och frigör de komplexa molekylerna vilket gör det möjligt för astronomer att upptäcka skivan. Den infällda bilden visar den kemiska strukturen hos de komplexa organiska molekyler som detekterats och förmodats i den protoplanetära skivan (från vänster till höger) som propionitril (etylcyanid), glykolonitril, alanin, glycin, etylenglykol, acetonitril (metylcyanid). © Foto: ESO/L. Calçada/T. Müller (MPIA/HDA) (cc by 4.0)

Med hjälp av teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array i Chile) har ett forskarlag under ledning av Abubakar Fadul vid Max Planck-institutet för astronomi (MPIA) upptäckt komplexa organiska molekyler inklusive den första preliminära upptäckten av etylenglykol och glykolonitril i den protoplanetära skivan (roterande cirkumstellär skiva med tät gas som omger en mycket ung stjärna) runt protostjärnan V883 Orionis (som finns i Orionnebulosan 1305 ljusår från oss). 

Dessa föreningar anses vara föregångare till livets byggstenar. En jämförelse av olika kosmiska miljöer avslöjar att mängden och komplexiteten hos molekyler som dessa ökar i stjärnbildningsområden till fullt utvecklade planetsystem. Detta tyder på att livets frön samlas i rymden och är utbredda. MPIA-teamet som var involverat i denna studie bestod av Abubakar Fadul, Kamber Schwarz och Tushar Suhasaria.

Andra forskare  som deltog i projektet var Jenny K. Calahan (Center for Astrophysics – Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA), Jane Huang (Department of Astronomy, Columbia University, New York, USA) och Merel L. R. van 't Hoff (Department of Physics and Astronomy, Purdue University, West Lafayette, USA

Ett tills nu dolt molekylmoln har upptäckts i Vintergatan

 

Bild https://greenbankobservatory.org/ Fokusområdet för den forskning där upptäckten gjordes i Vintergatan visas i bilden ovan, tillsammans där man äben ser en tidigare okänd maser. Bildkredit noterad ovan, collage skapat av NSF/AUI/NSF NRAO/P.Vosteen.

Ett internationellt team av astronomer har upptäckt ett massivt moln av gas och stoft i ett mindre känt område i Vintergatan. Molekylmolnet  är ungefär 200 ljusår långt.

Upptäckten beskrivs i en studie publicerad i Astrophysical Journal  där forskare med hjälp av U.S. National Science Foundation Green Bank Telescope (NSF GBT) beskriver hur de sett in i molekylmolnet  M4.7-0.8 (Midpoint-cloud). Här såg man ett dynamiskt område sjudande av aktivitet, inklusive potentiella platser för stjärnbildning.

– Ingen visste att detta moln existerade förrän vi undersökte den här platsen i Vintergatan och fann den täta gasen. Genom mätningar av storlek, massa och densitet bekräftades  att det var ett mycket stort molekylmoln, beskriver Natalie Butterfield, forskare vid NSF National Radio Astronomy Observatory (NSF NRAO) som var huvudförfattare till studien.

"Dessa stoftstråk är som dolda floder av gas och stoft som transporterar material till galaxens centrum", förklarar Butterfield.

NSF GBT-observationerna fokuserade på molekyler som ammoniak (NH3) och cyano butadiyne (HC5N), som är spårämnen i tät gas. Förutom att avslöja det tidigare okända molnet i galaxens inåtgående stoftstråk, visade datan även följande:

En tidigare okänd Maser:( en naturlig källa av intensiv mikrovågsstrålning), förknippad med ammoniakgas. Detta är ofta ett tecken på aktiv stjärnbildning. Skillnaden mellan Maser och Laser är att laser är strålning av ljus i den synliga frekvensen (ljus som människan kan se). En maser är ljus i mikrovågsfrekvensen (ljusvågor som vi inte kan se med våra syn). 

Molnet är även potentiell plats för stjärnbildning. Molnet innehåller kompakta klumpar av gas och stoft där nya stjärnor bildas.

Teamet hittade även en skalliknande struktur i molnet, möjligen från energi som frigjorts från slocknande stjärnor.

Turbulent gas: Gasen i molnet är mycket turbulent, liknande den som ses i galaxens centrala delar. Denna turbulens kan orsakas av inflöde av material längs stoftvägarna eller av kollisioner med andra moln.

"Stjärnbildning i galaktiska moln är lite av ett pussel", beskriver Larry Morgan, forskare vid NSF Green Bank Observatory (NSF GBO), "De starka krafterna i dessa områden kan  undertrycka stjärnbildning. Men de främre kanterna på dessa gasstänger som där mittpunkten finns kan ackumulera tät gas och utlösa ny stjärnbildning.

Är Webbteleskopets fynd av Little red dots början till de första svarta hålen?

 

Bild https://www.universetoday.com  När JWST upptäckte Little Red Dots bara 600 miljoner år efter Big Bang var det ett förbryllande fynd. Tidiga teorier var  att de var galaxer, men alla höll inte med (även idag anser många att det är galaxer-själv tror jag mer på rönen här nedan). Bild NASA, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski (Colby College)

Webbteleskopet  började sina observationer i juli 2022. Teleskopet kan se längre tillbaka i tiden än något annat teleskop kan eller har kunnat. En upptäckt är Little Red Dots (LRD), uråldriga, ljussvaga röda objekt som teleskopet upptäckte så långt tillbaka i tid som bara 600 miljoner år efter Big Bang.

300 LRD:er upptäcktes snart och deras ljusstyrka tydde på enorma stjärnmassor. Även om många i forskarvärlden först trodde det var galaxer var det inte alla som höll med. Det fanns så många LRD:er vid en så tidig tidpunkt att deras existens kolliderade med förståelsen av det tidiga kosmos. Vad alla forskare verkar vara överens om är att förståelsen av vad dessa objekt är, är avgörande för att förstå universums tillväxt och utveckling till det vi ser idag.

Den första studien visade att LRD:erna är aktiva galaxkärnor (AGN) med supermassiva svarta hål (SMBH) i sina centrum. Detta kan förklara deras distinkta röda färg, som troligen orsakas av enorma mängder gas och stoft som omger objekten som ackretionsskivor. Men i andra avseenden liknar de inte AGN. De avger inga detekterbara röntgenstrålar, har ett platt spektrum i infrarött och visar mycket liten variabilitet.

Ny forskning tyder nu på att LRD:erna i själva verket inte är galaxer utan istället en typ av hypotetiska stjärnor som kallas supermassiva stjärnor (SMS). SMS tros innehålla cirka 10^6 solmassor. Teorin är att dessa stjärnor bara kunde bildas i det tidiga universum och att de exploderade (kollapsade) som en supernova resulterade i svarta hål som blev frön till SMBH. Det kan förklara varför forskare hittar SMBH så tidigt i kosmisk tid, långt innan de borde existera enligt nuvarande teorier. 

Om det kan bevisas att Little Red Dot-galaxerna inte alls är galaxer utan istället är supermassiva stjärnor som är föregångare till dagens supermassiva svarta hål (SMBH), kommer vi att ha svar på en av de mest angelägna frågorna inom astronomin. Forskare kan fortsätta att hävda att LRD:er faktiskt är SMS, men de kanske inte kan bekräfta detta förrän långt in i framtiden.

Men man kan undra hur vi kan se dessa red dots men inte om teorin stämmer hur de exploderade i ett senare skede?

Inlägget ovan utgår från en artikel i https://www.universetoday.com av Evan Gough en vetenskapsintresserad skribent