En ny metod för detektering av gravitationsvågor

 

Bild https://www.birmingham.ac.uk/ Ett par svarta hål som smälter samman och genererar gravitationsvågor.

Gravitationsvågor är krusningar i rumtiden och de förutspåddes av Einstein.De har observerats vid höga frekvenser av markbaserade interferometrar som LIGO och Virgo vid ultralåga frekvenser av pulsartidsmatriser. Mellanbandsområdet har dock förblivit en vetenskaplig blind fläck. 

Det nya detektorkonceptet utvecklat av forskare vid universiteten i Birmingham och Sussex, använder avancerad optisk kavitets- och atomklocksteknik för att känna av gravitationsvågor i det svårfångade milli-Hertz-frekvensbandet (10⁻⁵ – 1 Hz). 

Forskarna har publicerat sitt förslag till lösning i Classical and Quantum Gravity och beskriver en detektor som använder framsteg inom optisk resonatorteknik, ursprungligen utvecklad för optiska atomklockor till att mäta små fasförskjutningar i laserljus orsakade av passerande gravitationsvågor. Till skillnad från storskaliga interferometrar är dessa detektorer kompakta, relativt immuna mot seismiskt och newtonskt brus.

Medförfattare i studien var Dr Vera Guarrera vid University of Birmingham, vilken beskriver: "Genom att använda teknik som mognat i samband med optiska atomklockor kan vi utöka räckvidden för gravitationsvågsdetektering till ett helt nytt frekvensområde med instrument som passar på ett laboratoriebord. Detta öppnar upp för den spännande möjligheten att bygga ett globalt nätverk av sådana detektorer och söka efter signaler som annars skulle förbli dolda i minst ett decennium till.

Milli-Hertz-frekvensbandet "mellanbandet" förväntas vara värd för signaler från en mängd olika astrofysiska och kosmologiska källor, inklusive kompakta binärer av vita dvärgar och svarta hål. Ambitiösa rymdsonder som LISA  är också inriktade på detta frekvensband. De är planerade att skjutas upp på 2030-talet. De föreslagna optiska resonatordetektorerna skulle kunna börja utforska i dag.

Medförfattaren professor Xavier Calmet från University of Sussex beskriver: "Denna detektor gör det möjligt för oss att testa astrofysikaliska modeller av binära system i vår galax, utforska sammanslagningar av massiva svarta hål och söka i slumpmässiga bakgrunder i det tidiga universum. Med den här metoden har vi verktygen för att börja sondera dessa signaler från marken vilket öppnar vägen för framtida rymduppdrag.

Studien tyder på att integrering av dessa detektorer med befintliga klocknätverk skulle kunna utöka detektionen av gravitationsvågor till ännu lägre frekvenser vilket kompletterar högfrekventa observatorier som de vid LIGO.

Varje enhet består av två vinkelräta ultrastabila optiska kaviteter (håligheter) och en atomfrekvensreferens vilket möjliggör flerkanalig detektion av gravitationsvågssignaler. Denna konfiguration förbättrar inte bara känsligheten utan gör det också möjligt att identifiera vågpolarisering och källans riktning.

En ensamsvävande planet som ökar i storlek i rekordhastighet

 

Bild wikipedia Cha 1107−7626 är det orange-röda objektet i mitten av denna DECam-bild.

Astronomer har identifierat en enorm tillväxtfas hos en så kallad friflytande planet (en planet utan solsystem). Till skillnad från planeterna i vårt solsystem kretsar sådana objekt inte kring någon stjärna utan rör fritt mellan solsystemen. Observationerna, gjordes med Europeiska Sydobservatoriets Very Large Telescope (ESO:s VLT) och avslöjar att denna friflytande planet drar till sig gas och stoft från sin omgivning med en hastighet av sex miljarder ton per sekund. Detta är den högsta tillväxttakten som någonsin registrerats för en friflytande planet eller någon planet av något slag vilket ger värdefull ny kunskap att det kan ske och hur de kan bildas och växa så otroligt snabbt.

”De flesta tänker kanske på planeter som lugna och stabila världar, men  den här upptäckten visar att objekt med planetstora massor som fritt svävar i rymden kan vara spännande platser”, beskriver Víctor Almendros-Abad, astronom vid Astronomiska observatoriet i Palermo, Nationella institutet för astrofysik (INAF), Italien, och huvudförfattare till studien.

Det nyligen studerade objektet har en massa fem till tio gånger större än Jupiters (och växer) och är belägen cirka 620 ljusår bort i stjärnbilden Kameleonten. Planeten Cha 1107-7626, är fortfarande under bildande av material från en omgivande skiva av gas och stoft. Detta material faller ständigt ner på planeten, en process som kallas ansamling eller ackretion. Forskargruppen var under ledning av Almendros-Abad har upptäckt att den hastighet med vilken denna  planet ansamlar material inte är konstant utan skiftar.

I augusti 2025 ansamlade material med en hastighet av sex miljarder ton per sekund, en takt som var ungefär åtta gånger snabbare nu än bara några månader tidigare! ”Detta är den mest intensiva ansamlingsepisoden som någonsin registrerats för ett objekt med planetmassa”, säger Almendros-Abad. Upptäckten, som publiceras i The Astrophysical Journal Letters, gjordes med X-shooter-spektrografen på ESO:s VLT, belägen i Chiles Atacamaöken.

Nya fynd av komplexa organiska molekyler i havet på månen Enceladus

 

Bild wikipedia (engelska) Ett panorama av Saturnus måne Enceladus här ses plymer bestående av isigt vatten. Bilden tagen av rymdsonden Cassini.

År 2005 upptäckte Cassini de första bevisen på att Enceladus har ett  hav under sin isiga yta. Vattenstrålar slog ner från sprickor nära månens sydpol och sköt iskorn ut i rymden. En del av de små isbitarna som är mindre än sandkorn, faller tillbaka på månens yta, medan andra flyr ut och bildar en ring runt Saturnus och följer Enceladus omloppsbana.

Huvudförfattare till en studie om månen Nozair Khawaja  genomförde forskningen vid Freie Universität Berlin och University of Stuttgart. Frank Postberg som var med i studien är också knuten till Freie Universität Berlin. Khawaja  beskriver, "Vi visste att Cassini fann iskorn från Enceladus under tiden den flög genom Saturnus E-ring. Vi hade redan hittat många organiska molekyler i dessa iskorn, inklusive förstadier till aminosyror". 

Forskare som  analyserat insamlad data från rymdsonden Cassini har hittat nya komplexa organiska molekyler som kastas ut från Saturnus måne Enceladus. Dessa är ett tydligt tecken på att komplexa kemiska reaktioner äger rum i månens underjordiska hav. En del av dessa reaktioner kan vara en del av kedjor som leder till ännu mer komplexa, potentiellt biologiskt relevanta molekyler. 

Enceladus uppfyller alla krav till att vara en livsmöjlig miljö i dess hav närvaron av flytande vatten, en energikälla, en specifik uppsättning kemiska element och komplexa organiska molekyler. Framtida sonder kan kanske svara på om det finns liv här.

– Även om man inte hittar liv på Enceladus skulle det vara en enorm upptäckt, eftersom det väcker frågor om varför liv inte finns i en sådan miljö när de rätta förutsättningarna finns, beskriver Nozair.

Studien har publicerats i Nature Astronomy och stärker ytterligare argumenten för att  sända en sond från ex Europeiska rymdorganisationen (ESA) för att kretsa runt och landa på Enceladus för att ta prover.

Först värme sedan ljus så kan universum uppstått

 

Bild https://www.icrar.org/  av radiohimlen (i bakgrunden)  den "renaste" signal som någonsin konsenstaterats med hjälp av data från Murchison Widefield Array (i förgrunden). Fotograf: Nunhokee et al/ICRAR/Curtin University

Forskare vid International Centre of Radio Astronomy Research (ICRAR) under ledning från Curtin University har sökt efter "återjoniseringsepoken" med hjälp av Murchison Widefield Array-teleskopet (MWA) vid Inyarrimanha Ilgari Bundara, CSIRO Murchison Radio-Astronomy Observatory på Wajarri Yamaji Country i västra Australien. 

– Forskningen genomfördes i två faser. Under den inledande forskningen fick vi våra första bevis för uppvärmning av det intergalaktiska mediet innebärande att gasen mellan galaxerna 800 miljoner år efter Big Bang, beskriver Ridhima Nunhokee, huvudförfattare till ICRAR:s första fasstudie. Återjoniseringens epok är en period tidigt i universums historia som förutspås i teorin om BigBang men som ännu inte har upptäckts med hjälp av radioteleskop. Epoken betecknar slutet på den kosmiskt mörka tiden ungefär en miljard år efter Big Bang då gasen mellan galaxer skiftade från ogenomskinlig till genomskinlig, vilket gjorde det möjligt för ljus från de första stjärnorna och galaxerna att skina genom universum.

Dr Nunhokee beskriver att för att studera denna tidiga period av universum måste astronomer isolera den svaga signalen från återjoniseringsepoken, identifiera och ta bort alla andra källor av radiovågor i universum i sina observationer.

Källor som måste tas bort inkluderar strålning från närliggande stjärnor och galaxer, störningar från jordens atmosfär och det brus som genereras av teleskopet självt. Först efter att noggrant ha uteslutit dessa  källor kommer den återstående datan att avslöja signaler från återjoniseringsepoken, beskriver Dr Nunhokee. Kvaliteten och kvantiteten på denna insamlade data är det som gjorde denna upptäckt möjlig enligt teamet. Ett kallt universum skulle producera en signal som skulle ha varit synlig i den nya datan. Avsaknaden av signalen utesluter en sådan "kall början" på återjoniseringen och innebär att universum måste varit "förvärmt" innan återjoniseringen skedde.

Processen krävde att astronomerna tog bort alla andra signaler från himlen för att undersöka de data som återstod.

Professor Cathryn Trott, som leder projektet Epoch of Reionisation vid ICRA, var huvudförfattare till den andra fasen av forskningen.

"I takt med att universum utvecklas expanderar och kyls gasen mellan galaxerna så vi förväntar oss att det blir väldigt, väldigt kallt", beskriver professor Trott.

– Våra mätningar visar att den i alla fall värms upp en viss mängd. Inte mycket, men det säger oss att mycket kall återjonisering är utesluten. Det är verkligen intressant."

Forskningen tyder på att denna uppvärmning sannolikt drivs av energin från tidiga källor till röntgenstrålning från tidiga svarta hål och stjärnrester som sprids genom universum. Lärdomarna från bearbetningen av dessa data kommer att bli början på sökandet efter återjoniseringens epok med SKA-teleskopen  som för närvarande håller på att byggas på Wajarri Country i västra Australien och norra Kapprovinsen i Sydafrika. "Alla dessa befintliga tekniker kommer att hjälpa oss att hitta det som saknas", beskriver Dr Nunhokee.

Publikationer i studien är följande "Limits on the 21cm power spectrum from MWA observations" publicerades i The Astrophysical Journal den 8 augusti 2025,  och "Improved limits with the MWA using Gaussian information", publicerades över en natt i The Astrophysical Journal. 

Rymdstoft verkar ha svampaktig konstisens

 

Bild flickr.com

Professor Martin McCoustra, vid Heriot-Watt's School of Engineering and Physical Sciences arbetar tillsammans med astrokemister och astronomer från Tyskland, Japan, USA och Spanien i ett projekt vilket de granskade årtionden av laboratorie-, observations- och modellstudier med syftet att få svar på om kosmiskt stoft är poröst eller inte.

Kosmiskt stoft är de små partiklar som tillsammans med gas bildar stjärnor, planeter och även är livets kemiska byggstenar. Frågan är om de kan vara mycket svampigare och fluffigare än vad antar.

Stoftkorn dominerar i stjärnbildande områden och ger ytor för kemiska reaktioner som för oss till livets rand och påverkar hur ljus färdas genom rymden.

Dr Alexey Potapov från Friedrich Schiller-universitetet i Jena, huvudförfattare till studien om granskningen, beskriver: "Om dessa korn är porösa betyder det att de har en mycket större yta än vi trodde.

Det skulle radikalt kunna förändra vår förståelse av hur molekyler bildas och utvecklas i rymden, beskriver han.

Forskarna hittade ledtrådar om stoftets densitet utifrån olika observationer och rymdfärder. Partiklar som samlats in från kometer av NASA:s Stardust-uppdrag visade på låg densitet

Vid den europeiska rymdorganisationen ESA:s Rosetta-uppdrag till kometen 67P hittades också extremt ömtåliga, fluffiga stoftpartiklar, vissa med en porositet på över 99 procent.

Liknande resultat framkom vid analyser av interplanetära stoftpartiklar som fallit ner på jorden. Porösa korn skulle kunna påskynda planetbildning genom att klibba ihop lättare än vad kompakt stoft skulle kunna. Deras inre hålrum kan också utgöra skyddade utrymmen där vatten och komplexa organiska molekyler bildas och stannar.  Potentiellt viktiga steg mot livets uppkomst. Porositeten gör dock stoftet ömtåligt.

Professor McCoustra, från Heriot-Watt's School of Engineering and Physical Sciences, förklarade: "Svampiga korn kan lättare förstöras av stötar och strålning när de färdas genom den interstellära rymden."

Trots allt fler bevis är astronomerna splittrade. Vissa modeller tyder på att hög porositet skulle göra stoftkorn för kalla eller ömtåliga för att matcha vad teleskop observerar i interstellära moln och unga planetsystem. Därför går diskussionen vidare och inget är till 100 % säkerhet fastslaget. Kanske kan det finnas både porösa och fasta stoftkorn därute?

Nya rön om vattnet i Jupiters atmosfär

 

Bild https://www.caltech.edu/ En illustration av Jupiters atmosfär på varierande djup. Djupare under molnlagret ökar vattenkoncentration. Bildkälla: H. Ge

Caltech-forskare (California Institute of Technology)har utvecklat en ny datasimulering av den hydrologiska cykeln på Jupiter, som visar modellerar av hur vattenånga kondenseras till moln och faller som regn i planetens virvlande, turbulenta atmosfär. Studier visar att Jupiters vatten inte är jämnt fördelat vilket ger uppdrag som NASA:s Juno (som svävat runt Jupiter sedan 2016) viktig vägledning om var man ska leta efter vatten i planetens atmosfär.

Jupiter ansågs vara den första planeten i vårt solsystem som bildades och dess massiva gravitations inflytande formade omloppsarkitekturen för jorden och de andra planeterna i solsystemet. Att förstå hur mycket vatten Jupiter har, och var man ska leta efter det, ger ledtrådar till hur vatten kom till jorden vilket fortfarande är en öppen fråga inom planetvetenskapen.

Jupiters virvlande utseende är ett resultat av dess atmosfäriska dynamik som är visuellt vacker men gör det svårt att bestämma överflödet av kemin här var vatten finns och vilka  metaller som finns och var. Under  Galileo-uppdraget upptäcktes först vatten på Jupiter nära dess ekvator på 1990-talet, men det förblev osäkert om det vattnet var jämnt fördelat över planeten. Den nya modellen tar hänsyn till Jupiters snabba rotation ett helt varv, eller en dag, på Jupiter tar en dag cirka 10 jordtimmar. Denna snabba rotation orsakar de turbulenta ränderna som syns på Jupiters atmosfär. Den nya modellen föreslår att denna turbulens på de subtropiska och mellersta breddgraderna leder till regn som drar med sig vatten djupare under molnlagret, vilket gör planetens lägre atmosfär fuktigare tiotals kilometer under molnen.

Jupiter skiljer sig från jorden på många sätt, så att modellera dess atmosfäriska dynamik  och sedan jämföra dessa modeller med observationer leder till en bättre förståelse av ett brett spektrum av planeter i ett bredare perspektiv. Härnäst planerar teamet att skapa en mer global modell som expanderar bortom mellanbreddgraderna. I idealfallet kan teorin tillämpas på andra gasjättar som Uranus och Neptunus som också har ojämna fördelningar av kemiska ämnen här mer som metan snarare än vatten.

Forskningen beskrivs i en artikel som publicerats i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences den 29 september . Studiens huvudförfattare är Huazhi Ge, postdoktor  professor emeritus i Andrew P. Ingersolls grupp. California Institute of Technology

Exoplaneten CT Cha b runt vilken en måne nu bildas

 

Bild https://science.nasa.gov/ Konstnärs avbildning av en skiva bestående av stoft och gas som omger den unga exoplaneten, CT Cha b, 625 ljusår från jorden. Spektroskopiska data från NASA:s James Webb Space Telescope tyder på att skivan innehåller råmaterialet till månbildning: diacetylen, vätecyanid, propen, acetylen, etan, koldioxid och bensen. Planeten syns längst ner till höger, medan dess sol med dess  omgivande cirkumstellära skiva syns i bakgrunden. Illustration: NASA, ESA, CSA, STScI, Gabriele Cugno (University of Zu00fcrich, NCCR PlanetS), Sierra Grant (Carnegie Institution for Science), Joseph Olmsted (STScI), Leah Hustak (STScI)

NASA:s James Webb Space Telescope har gjort de första direkta mätningarna av de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos en potentiellt månbildande skiva som omger en stor exoplanet. Den kolrika skivan omger exoplanet CT Cha b, finns 625 ljusår från jorden där möjligen en eller flera månar nu uppkommer även om inga månar upptäckts i Webbs data.

Den unga stjärnan som planeten kretsar kring är  2 miljoner år gammal och samlar fortfarande på sig cirkumstellärt material. Den cirkumplanetära skivan som upptäcktes av Webb är dock inte en del av den större ackretionsskivan runt den centrala stjärnan.

De två objekten ligger 46 miljarder kilometer från varandra.  Infraröd observation av CT Cha b gjordes med Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) med hjälp av dess medelupplösta spektrograf. En första titt i Webbs insamlade arkivdata avslöjade tecken på molekyler i den cirkumplanetära skivan vilket motiverade en djupare sökning i den insamlade datan.  

En cirkumplanetär skiva har länge antagits vara där  Jupiters fyra stora månar bildades. Dessa galileiska satelliter måste ha kondenserats ut ur en sådan tillplattad skiva för miljarder år sedan vilket framgår av deras gemensamma omloppsbanor runt Jupiter. De två yttersta månarna Ganymedes och Callisto, består till 50 % av vattenis. Men de har förmodligen steniga kärnor troligast bestående av kol eller kisel.

– Vi vill lära oss mer om hur vårt solsystem bildade månar beskriver Gabriele Cugno vid University of Zürich. (Vår måne är däremot troligast resultatet av en katastrof i det förgångna i form av en kollision mellan jorden och en annan planet den så kallade Theiateorin min anmärkning)

Resultatet av studien publiceras nyligen i TheAstrophysical Journal Letters. 

 Medverkande i studien var Gabriele Cugno (University of Zürich, NCCR PlanetS), Sierra Grant (Carnegie Institution for Science), Joseph Olmsted (STScI), Leah Hustak (STScI)