Upptäckt av en exoplanet med mystisk sammansättning av atmosfär

 

Bild https://science.nasa.gov/ Konstnärs tolkning av hur exoplaneten  PSR J2322-2650b (vänster) kan se ut (planeten finns 750 ljusår bort i riktning mot stjärnbilden södra fisken) då den kretsar runt en snabbt roterande neutronstjärna kallad pulsar (till Höger). Gravitationskrafter från den mycket tyngre pulsaren drar ut planeten  till en underlig citronform. Illustration: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Detta objekt är känt för att kretsa runt en pulsar, en snabbt roterande neutronstjärna. En pulsar https://sv.wikipedia.org/wiki/Pulsar

 avger strålar av elektromagnetisk strålning med regelbundna intervaller, vanligtvis mellan millisekunder och sekunder. Dessa pulserande strålar kan bara ses när de pekar direkt mot jorden, ungefär som strålar från en fyr.

"Planeten kretsar kring en stjärna som har massa som vår sol, men med en storlek som en medelstor stad," beskriver Michael Zhang vid University of Chicago, huvudansvarig forskare i denna studie. "Objektet har en atmosfär som ingen någonsin har sett förut. Istället för att hitta de normala molekyler vi förväntar oss att se på en exoplanet ex vatten, metan och koldioxid sågs här molekylärt kol, specifikt C3 och C2.”

Molekylärt kol är mycket ovanligt eftersom kol vid dessa temperaturer, om det finns andra typer av atomer i atmosfären, binder till dem. (Temperaturerna på planeten varierar från 650 grader Celcius vid de kallaste punkterna på natten till 2000 grader Celsius under den varmaste tidpunkten på dagen.) Molekylärt kol är bara dominerande om syre eller kväve i en atmosfär. Av de cirka 150 planeter som astronomer har studerat inom och utanför solsystemet har inga andra något påvisbart molekylärt kol.

PSR J2322-2650b finns mycket nära sin stjärna endast 1,5 miljoner bort. Till skillnad från jordens avstånd från solen som är cirka 160 miljoner km. På grund av sin extremt snäva bana tar en runda runt sin stjärna endast  7,8 timmar. Gravitationskrafter drar ut planetens form till en bisarr citronform, Systemet är en sällsynt typ av dubbelsystem där en snabbt snurrande pulsar paras ihop med en liten, lågmassig stjärnkamrat. Tidigare strömmade material från följeslagaren in på pulsaren, vilket fick pulsaren att snurra snabbare över tid, vilket driver en stark vind (och  är anledning till dess form) . Den vinden och strålningen bombarderar och dunstar sedan bort materia från den mindre och mindre massiva följeslagaren. Pulsaren konsumerar långsamt sin olyckliga partner.

Men i det här fallet betraktas följeslagaren officiellt som en exoplanet, inte en stjärna. Internationella astronomiska unionen definierar en exoplanet som en himlakropp under 13 Jupitermassor som kretsar runt en stjärna, en brun dvärg eller en stjärnrest, såsom en pulsar.

Av de 6 000 kända exoplaneterna är detta den enda som påminner om en gasjätte (med massa, radie och temperatur liknande en het Jupiter) som kretsar runt en pulsar. Endast ett fåtal pulsarer är kända för att ha planeter.

Kollisioner mellan asteroider fångade av Hubbleteleskopet.

 

Denna sammansatta bild från Hubble-rymdteleskopet https://science.nasa.gov/ visar skräpringen och dammolnen cs1 och cs2 runt stjärnan Fomalhaut. Fomalhaut själv är maskerad för att de svagare dragen ska kunna ses på bilden. Dess plats markeras med den vita stjärnan. Bild: NASA, ESA, Paul Kalas (UC Berkeley); Bildbehandling: Joseph DePasquale (STScI)

NASAs Hubble-rymdteleskop har avbildat katastrofala kollisioner i ett närliggande planetsystem runt stjärnan Fomalhaut.

"Det här är definitivt första gången jag någonsin sett en ljuspunkt dyka upp från ingenstans i ett exoplanet system," beskriver huvudforskaren Paul Kalas vid University of California, Berkeley. "Det har saknats i alla våra tidigare Hubble-bilder vilket betyder på att vi just bevittnat en våldsam kollision mellan två massiva objekt och ett enormt skräpmoln olikt allt i vårt eget solsystem idag bildades."

Fomalhaut finns 25 ljusår bort och är en av de ljusstarkaste stjärnorna på natthimlen. Den finns i stjärnbilden södra fisken. Stjärnan är mer massiv och ljusstarkare än vår  sol och omges av flera bälten bestående av dammigt bråte.

År 2008 använde forskare Hubbleteleskopet för att leta efter exoplaneter runt Fomalhaut, vilket gjorde solsystemet till det första stjärnsystemet med en möjlig planet som hittats i synligt ljus. Det objektet, kallat Fomalhaut b och verkar nu vara ett dammoln som som av misstag togs för en planet. Ett dammoln av kolliderande planetesimaler (asteroider eller objekt för planetbildning). När forskarna sökte efter Fomalhaut b i nyligen genomförda Hubble-observationer blev de förvånade över att hitta en andra ljuspunkt på en närliggande plats runt stjärnan. De kallar detta objekt "circumstellar source 2" eller "cs2" medan det första objektet nu är känt som "cs1."

Varför astronomer ser båda dessa skräpmoln som finns så fysiskt nära varandra som ett mysterium. Om kollisionerna mellan asteroider och planetesimaler är slumpmässiga, borde cs1 och cs2 dyka upp av en slump på orelaterade platser. Ändå är de placerade intressant nära varandra längs den inre delen av Fomalhauts yttre skräpskiva (men kan inte detta också ses som slumpen?).

Ett annat mysterium är varför forskare har bevittnat dessa två händelser på så kort tid. "Tidigare teori föreslog att det borde ske en kollision vart 100 000:e år, eller längre. Här skedde två på 20 år," förklarade Kalas. "Om du hade en film från de senaste 3 000 åren, och den var uppsnabbad så att varje år var en bråkdel av en sekund, föreställ dig hur många glimtar du skulle se under den tiden. Fomalhauts planetsystem skulle glittra av dessa kollisioner." (men jag undrar likväl att slumpen inte kan uteslutas)

Kollisioner är grundläggande för utvecklingen av planetsystem, men de är sällsynta och svåra att studera. Forskningens resultat publiceras i Science den 18 december 2025. 

Månen Titan kanske inte har ett hav under sin yta utan slask där liv kan frodas.

 

Bild wikipedia Storleksjämförelse: Titan (nere till vänster) vår måne (över Titan) och jorden (till höger).

"Deformationens grad på Titan beror på Titans inre struktur. Ett djupt hav skulle tillåta skorpan att böja sig mer under Saturnus gravitationskraft och om Titan var helt frusen skulle den inte deformeras lika mycket som ses," beskriver Baptiste Journaux, a University of Washington assistant professor of Earth and space sciences. "Deformationen vi upptäckte under den initiala analysen av Cassini-uppdragets data kan vara kompatibel med ett globalt hav. Men det inte är hela sanningen." 

I den nya studien introducerar forskarna en ny nivå av subtilitet: timing. Titans formskiftande sker ungefär 15 timmar efter toppen av Saturnus gravitationskraft. Som en sked som rör honung krävs det mer energi för att flytta ett tjockt, trögflytande ämne än flytande vatten. Mätningen av fördröjningen visade forskarna hur mycket energi det krävs för att ändra Titans form vilket gjorde det möjligt för dem att dra slutsatser om viskositeten i det inre av månen. Mängden energi som gick förlorad eller försvann i Titan var mycket större än vad forskarna förväntade sig att se i ett havsscenario.

"Ingen förväntade sig mycket stark energiförlust inne i Titan. Det var det avgörande beviset på att Titans inre skiljer sig från vad som antytts i tidigare analyser," beskriver Flavio Petricca, a postdoctoral fellow at NASA’s Jet Propulsion Laboratory som var den som ledde studien. Modellen forskarna föreslår har istället  mer slask och betydligt mindre av flytande vatten. Slask är tillräckligt tjockt för att förklara fördröjningen av deformation men innehåller fortfarande vatten. Petricca kom fram till denna slutsats genom att mäta frekvensen av radiovågor från Cassini under dess Titan-förbiflygningarna under 2004 och Journaux hjälpte till att förankra resultaten med termodynamikens regler. Journaux studerar vatten och mineraler under extremt tryck för att bedöma potentialen för liv på andra planeter.

"Det vattentäckande lagret på Titan är tjockt och trycket är så enormt att vattnets fysik förändras. Vatten och is beter sig annorlunda här än havsvatten här på jorden," beskriver Journaux."Upptäckten av en issörja under isen på Titan har också spännande konsekvenser för sökandet efter liv bortom vårt solsystem," beskriver Ula Jones, a UW graduate student of Earth and space sciences. "Det utökar utbudet av miljöer vi kan betrakta som möjliga för livsformer."

Även om idén om ett hav på Titan gav nytt liv åt sökandet efter liv där tror forskarna att de nya fynden kan förbättra chanserna att hitta det. Analyser visar att sötvattenfickorna på Titan kan ha upp till 17 grader Celsius varmt vatten. Alla tillgängliga näringsämnen skulle vara mer koncentrerade i en liten mängd vatten, jämfört med ett öppet hav vilket skulle kunna underlätta tillväxten av enkla organismer.

Svarta hål är inte alltid intresserade av att dra in materia allt verkar bero på tid och rum.

 

Bilden https://www.almaobservatory.org är en bild i hög upplösning från  ALMA-teleskopet i Chile av molekylgas, spårad genom emission från kolmonoxidmolekylen i  fyra sammansmältande galaxer med dual AGN. Vi kan tydligt se stora koncentrerade reservoarer av molekylär gas. Källa: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/ M. Johnstone et al. / CATA / J. Utreras

Svarta hål anses sluka allt som kommer i dess väg. Men astronomer som använder Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA teleskopet i Chile) har upptäckt att även supermassiva svarta hål kan vara selektiva av vad de drar i sig vilket kan påverka deras tillväxt. Ett internationellt team av astronomer under ledning av Makoto A. Johnstone, doktorand vid University of Virginia, gjorde denna upptäckt.

De upptäckte att när två massiva, gasrika galaxer smälter samman, driver gravitationen enorma mängder kall molekylär gas mot galaxernas centrum och dess svarta hål (SMBH) finns. Dessa i tid korta turbulenta faser kan lysa upp det ena eller båda de svarta hålen vilket då gör dem till några av de mest energirika objekten i universum. Förvånande nog, hyser inte alla sammanslagna galaxer två aktivt matande svarta hål. Vissa visar bara ett, medan andra inget alls (kan det bero på att mängden tät gas döljer det svarta hålet alternativt att hålen ligger på linje från oss sett så enbart ett kan ses).

Observationerna avslöjade en tät, kaotisk hög av gasmoln runt många svarta hål (särskilt de mer massiva), vilket tyder på att sammanslagningar är mycket effektiva till att leverera bränsle för tillväxt av svarta hål. Ändå ökar inte den nuvarande ljusstyrkan hos de svarta hålen (vilket är ett mått på hur snabbt de växer) med mängden tillgänglig gas. Även med gott om gas i närheten småäter de flesta SMBH:er snarare än frossar vilket tyder på att tillväxten av svarta hål under sammanslagningar kan vara mycket ineffektiv, med inkonsekvent nedbrytning av gas på korta tidsskalor.

"Den ineffektiva tillväxten av det observerade supermassiva svarta hålet, även när täta reservoarer av molekylär gas finns tillgänglig, väcker frågor om de fysiska förhållanden som krävs för att utlösa tillväxtepisoder," beskriver Makoto. "Förutom att förekomma i extremt dammiga miljöer är AGN-aktiviteten sannolikt mycket variabel och episodisk vilket kan förklara varför det har varit så svårt att upptäcka två samtidigt aktiva svarta hål vid sammanslagningar."

Teamet jämförde system där båda var aktiva svart hål (dual AGN) med sammanslagningar där endast ett visade tydlig aktivitet (enkel AGN). I några av dessa enskilda AGN-fall verkade det svarta hålet inte dra till sig gas vilket kan vara för att det inte fanns mycket gas att observera (eller kan det vara för det andra svarta hålets gravitationseffekt var mycket starkare?). 

I andra fall observerades gasen men det svarta hålet vägrade fortfarande dra den till sig möjligen kan det bero  på att observationen hamnade mellan indragningar. "Dessa unika ALMA-observationer visar hur svarta hål aktivt matas under en stor galaxsammanslagning. En händelse som vi starkt misstänker är avgörande för att etablera den observerade kopplingen mellan tillväxt av svarta hål och galaxutveckling. Det är först nu, tack vare de unika och revolutionerande ALMA-möjligheterna som denna studie var möjlig," beskriver Ezequiel Treister, huvudansvarig forskare för detta forskningsprojekt och medförfattare till studien.

Resultaten av undersökningen finns i "Molecular Gas in Major Mergers Hosting Dual and Single AGNs at <10 kpc Nuclear Separations" av Makoto A. Johnstone m.fl. i Astrophysical Journal. 

Nancy Grace Roman Space Telescope kommer att kunna se in i tomheten därute.

 

Bild wikipedia modell av det ”romerska rymdteleskopet” som ska sändas upp till ett femårigt uppdrag under 2026 och göra sökningar i det infraröda fältet i rymden.

"Romanteleskopets förmåga att observera vida områden av himlen till stora djup och finna en mängd svaga och avlägsna galaxer kommer att revolutionera studiet av kosmiska tomrum," beskriver Giovanni Verza vid Flatiron Institute och New York University, huvudförfattare till en artikel publicerad i The Astrophysical Journal. 

Kosmos består av tre nyckelkomponenter:  materia, mörk materia och mörk energi. Gravitationen från vanlig och mörk materia  bromsar universums expansion, medan mörk energi motsätter sig gravitationen och påskyndar universums expansion (och är den kraft som har övertaget just nu). Naturen hos både mörk materia och mörk energi är okänd. Forskare försöker förstå dem genom att studera deras effekter på det vi kan observera, såsom galaxernas fördelning över rymden.

"Tomrum är områden i rymden som domineras av mörk energi. Genom att studera tomrum borde vi kunna sätta starka begränsningar på mörk energis natur," beskriver medförfattaren Alice Pisani från CNRS (det franska nationella centret för vetenskaplig forskning) i Frankrike och Princeton University i New Jersey. Forskarna betonade att för att studera kosmiska tomrum i stora mängder måste ett observatorium kunna undersöka en stor volym av universum då tomrummen själva kan vara tiotals eller hundratals miljoner ljusår tvärs över. De spektroskopiska data som krävs för att studera tomrum kommer från en del av Roman High-Latitude Wide-Area Survey som täcker ungefär 2 400 kvadratgrader av himlen, eller 12 000 fullmånar. Det kommer också att gå att se svagare och mer avlägsna objekt, vilket ger en större täthet av galaxer och  komplementära uppdrag som ESA:s (Europeiska rymdorganisationens) Euklides kan göra. 

"Tomrum definieras av att de innehåller få galaxer. Så för att undersöka tomrum måste du kunna observera galaxer som inte har så många stjärnor och är svaglysande. Med Roman kan vi bättre se igenom galaxer som har tomrum vilket i slutändan ger oss en större förståelse för de kosmologiska parametrarna som mörk energi vilket formar tomrum," beskriver medförfattaren Giulia Degni vid Roma Tre-universitetet och INFN (National Institute of Nuclear Physics) i Rom.

Nancy Grace Roman Space Telescope förvaltas vid NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, med deltagande av NASAs Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien; Caltech/IPAC i Pasadena, Kalifornien; Space Telescope Science Institute i Baltimore; och ett vetenskapligt team bestående av forskare från olika forskningsinstitutioner. De primära industriella partnerna är BAE Systems, Inc. i Boulder, Colorado; L3Harris Technologies i Melbourne, Florida; och Teledyne Scientific & Imaging i Thousand Oaks, Kalifornien.

En exoplanet liknande Tatooine som kretsar kring två solar har upptäckts.

 

Bild wikipedia Planeten Tatooine, som ses i Star Wars (specialutgåvan 1997).

I en upptäckt som passar i en film (se ovan) har astronomer vid Northwestern University direkt avbildat en exoplanet liknande Tatooine och som kretsar kring två solar. "Av de 6 000 exoplaneter vi känner till kretsar bara en mycket liten del av dem runt binärer," beskriver Northwesterns Jason Wang, en av studiens huvudförfattare. "Av dem har vi bara en direkt bild av ett fåtal innehållande dubbelsol och planet och enbart nämnda här på bild.

Att avbilda både planeten och dubbelstjärnan är intressant eftersom det är den enda typen av planetsystem där vi kan spåra både binärstjärnans och planetens bana på himlen samtidigt. "Vi ser fram emot att fortsätta följa detta system i framtiden när de rör sig, så att vi kan se hur de tre kropparna rör sig över himlen." beskriver Wang.

Som expert på exoplanetavbildning är Wang biträdande professor i fysik och astronomi vid Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences. Han är även medlem i Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). 

Nathalie Jones, CIERA Board of Visitors Graduate Fellow vid Weinberg och medlem i Wangs forskargrupp, är studiens huvudförfattare.

Northwestern-teamet hittade exoplaneten  bland flera år gammal data. När Wang var doktorand hjälpte han till att beställa Gemini Planet Imager (GPI), ett specialiserat instrument utformat för att fånga bilder av avlägsna världar genom att blockera stjärnornas överväldigande bländning. Ursprungligen opererades GPI vid Gemini South-teleskopet i Chile och detta använde adaptiv optik och en koronagraf för att få skärpa av bilder av svagt lysande planeter som kretsar kring ljusstarka stjärnor. Jones analyserade GPI-data tagna mellan 2016 och 2019 och korsrefererade dem med data från W.M. Keck Observatory, med hjälp av Northwesterns institutionella tillgångar. Det bekräftade planeten är sex gånger större än Jupiter. Även om den är varmare än någon planet i vårt att i detta solsystem är det relativt kallt jämfört med andra direkt avbildade exoplaneters solsystem. Den ligger ungefär 446 ljusår från jorden.

Exoplaneten, som bildades för ungefär 13 miljoner år sedan och det är ganska ungt.  Studien om upptäckten publicerades i The Astrophysical Journal Letters (hittade ej länk till den) . Men den är även publicerad i tidskriften Astronomy and Astrophysics  rapporterar europeiska astronomer vid University of Exeter.

En Exoplanet med kraftig atmosfär och lava flöden

 

Bild wikipedia Illustratörs tolkning av TOI-561b och dess sol. Solsystemet finns 380 ljusår bort i riktning mot stjärnbilden Sextanten.

TOI-561b,s radie är ungefär 1,4 gånger större än jorden medan  dess omloppstid är något mindre än 11 timmar. Dess sol TOI-561b är något mindre och svalare än vår sol. TOI-561 b bana runt sin sol är endast en fyrtiondel av avståndet mellan Merkurius och vår sol. Planeten bör därför vara tidvattenlåst med temperatur på dess permanenta dagsida som vida överstiger smälttemperaturen för flertalet bergarter.

"Det som verkligen skiljer denna planet åt mot andra är dess ovanligt låga densitet," beskriver Johanna Teske, forskare vid Carnegie Science Earth and Planets Laboratory och huvudförfattare till en artikel som publicerades nyligen i The Astrophysical Journal Letters 

För att testa hypotesen att TOI-561 b har en atmosfär använde teamet Webbs NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) för att mäta planetens dagstemperatur baserat på dess nära infraröda ljusstyrka. Tekniken, som innebär att mäta minskningen i ljusstyrka i solplanetsystemet när planeten rör sig fram från baksidan av sin sol liknar den teknik  som användes för att söka efter atmosfärer i TRAPPIST-1-systemet och med flera stenvärldar.

Om TOI-561 b är en kal sten utan atmosfär som kan transportera värme till nattsidan, bör dess dagstemperatur närma sig 2 700 grader Celsius. Men NIRSpec-observationerna visar att planetens dagsida verkar vara ca 1 800 grader Celsius vilket är svalare än väntat. Även om Webbs observationer ger övertygande bevis för en atmosfär, kvarstår frågan om hur  en liten planet som utsätts för så intensiv strålning hålla fast någon atmosfär överhuvudtaget då den finns så nära sin sol och en så kraftig? Vissa gaser måste läcka ut i rymden men kanske inte lika mycket som förväntat.

"Vi tror att det finns en jämvikt mellan magmahavet och atmosfären på planeten. Samtidigt som gaser kommer från magman ut  i atmosfären drar magmahavet tillbaka gasen mot ytan," beskriver medförfattaren Tim Lichtenberg från Groningens universitet i Nederländerna.

Studien är de första resultaten från Webbs General Observers Program 3860, som innebar att systemet observerades kontinuerligt i mer än 37 timmar medan TOI-561 b genomförde nästan fyra fulla varv runt sin sol. Teamet analyserar för närvarande hela datamängden för att kartlägga temperaturen hela vägen runt planeten för att utröna atmosfärens sammansättning.

"Det som är riktigt spännande är att den nya datamängden öppnar upp för fler frågor än den besvarar," beskriver Teske.