Magmahav kan skydda steniga exoplaneter från skadlig strålning

 

Bild https://www.rochester.edu Djupa lager av smält sten inuti vissa superjordar kan generera kraftfulla magnetfält potentiellt starkare än jordens magnetfält och  skydda dessa exoplaneter från skadlig strålning. (University of Rochester Laboratory for Laser Energetics illustration / Michael Franchot)

Superjordar är större än jorden men mindre än isjättar som Neptunus. De har fast yta istället för lager av gas som ex Jupiter.  Superjordar är den vanligaste klassen av exoplaneter som upptäckts i vår galax. Men de saknas märkligt nog i vårt eget solsystem. Beteckningen "super-jord"  syftar på storlek och massa, inte på om dessa planeter liknar jorden på andra sätt.  Djupt under ytan på avlägsna exoplaneter kända som superjordar kan hav av smält sten finnas. Det kan driva magnetfält som är tillräckligt starkt  för att skydda en planet från farlig kosmisk strålning och andra skadliga högenergipartiklar.

Jordens magnetfält genereras av rörelse i dess yttre kärna av flytande järn en process som liknas en dynamo men större stenplaneter som superjordar kan ha fasta eller helt flytande kärnor som inte kan producera magnetfält på samma sätt.

I en artikel publicerad i Nature Astronomy rapporterar forskare vid University of Rochester, där Miki Nakajima, docent vid  Department of Earth and Environmental Sciences  en alternativ källa: ett djupt lager av smält sten kallat ett basalt magmahav (BMO). Resultaten i studien kan omforma hur forskare tänker på planetariskt inre och har konsekvenser för livsmöjligheter på planeter utanför vårt solsystem.

"Ett starkt magnetfält är mycket viktigt för liv på en planet," beskriver Nakajima, "men de flesta stenplaneter i solsystem, som Venus och Mars, har inte sådana eftersom deras kärnor inte har rätt fysiska förutsättningar för att skapa ett magnetfält. Dock kan superjordar producera dynamo likt jorden i sin kärna och/eller magma, vilket kan öka deras möjligheter för att liv ska uppstå här."

Stavformation av järnatomer upptäckt i Ringnebulosan

 

Bild En sammansatt RGB-bild av Ringnebulosan konstruerad av fyra WEAVE/LIFU - emissionslinjebilder. Den ljusa yttre ringen består av ljus  av tre olika syrejoner, medan stångformationen i mitten beror på ljus av plasma av fyrfaldigt joniserade järnatomer. Credit University College London Licenstyp Attribution (CC BY 4.0

Denna formation bestående av järnatomer har upptäckts inne i Ringnebulosan av ett europeiskt team under ledning från astronomer vid University College London (UCL) och Cardiff University.

Detta stavformade moln  beskrevs första gången i Monthly Noticesof the Royal Astronomical Society  Det passar precis in i det inre lagret av den elliptiskt formade nebulosan i bilder som tagits med bland annat James Webb Space Telescope i infraröda våglängder. 

Stavens längd är ungefär 500 gånger större än Plutos bana runt solen och enligt teamet är dess järnatommassa jämförbar med planeten Mars massa.

Ringnebulosan upptäcktes 1779 av den franske astronomen Charles Messier. Den finns i den norra delen av stjärnbilden Lyra  och är ett färgglatt skal av gas som är resterna av en stjärna som avslutat  kärnbränsleförbränningsfasen. Vår egen sol kommer att stöta ut sina yttre lager på liknande sätt om några miljarder år.

Järnmolnet upptäcktes i observationer som erhölls med Large Integral Field Unit (LIFU)-läget i ett nytt instrument som kallas WHT Enhanced Area Velocity Explorer (WEAVE), installerad på Isaac Newton Groups 4,2-meters William Herschel-teleskopet som finns i Teneriffa på Kanarieöarna. 

LIFU är en bunt av hundratals optiska fibrer. Dessa har gjort det möjligt för astronomteamet att för första gången erhålla spektra (där ljus separeras i dess beståndsdelar bestående av vilket mineral de utstrålar) vid varje punkt över hela Ringnebulosans yta och vid alla optiska våglängder.

Huvudförfattaren till studien Dr Roger Wesson är baserad  vid UCL och Cardiff University, beskriver: "Även om Ringnebulosan har studerats med många olika teleskop och instrument, har WEAVE gjort det möjligt för oss att observera den på ett nytt sätt och ger fler detaljer än tidigare.

"Genom att få ett spektrum kontinuerligt över hela nebulosan kan vi skapa bilder av nebulosan vid vilken våglängd som helst och bestämma nebulosans kemiska sammansättning på vilken position som helst.

"När vi bearbetade insamlad data och bläddrade igenom bilderna såg vi den tidigare okända stav av joniserade järnatomer mitt i nebulosan."  Hur järnstaven bildats är för närvarande ett mysterium, beskriver forskarna. Det kommer att behövas ytterligare mer detaljerade observationer för att reda ut vad som pågår eller hänt.

Det finns två möjliga scenarier man kan föreställa sig, järnstången kan avslöja något nytt om hur nebulosans utkastning av moderstjärnan fortskred eller kan järnet vara en plasmabåge som uppstått vid förångningen av en stenig planet som fångats av stjärnans tidigare expansion till en röd jätte (innan den krympt till en vit dvärg eller ett svart hål .

Medförfattare professor Janet Drew, även hon baserad vid UCL, beskriver: "Vi behöver definitivt veta mer särskilt om några andra kemiska grundämnen samexisterar med det upptäckta järnet, eftersom detta troligen skulle visa vilket scenario beskrivet ovan vi ska satsa på. Just nu saknar vi denna viktiga information."

Massiva svarta hål kan finnas där vi minst anar det

 

Bild wikipedia Simulering av hur ett svart hål framför Vintergatan skulle se ut. Det svarta hålet har 10 solmassor och ses här från ett avstånd på 600 km. För att upprätthålla detta avstånd krävs en motkraft på omkring 400 miljoner g-krafter. Det går inte fotografera det centrala svarta hålet i Vintergatan då vi inte ser in i centrum från jorden. Men det beräknas finnas genom en upptäckten av en stark radiokälla i centrum som bör bero  på ett svart hål beräknad med en massa av 4 miljoner solmassor. Namnet på detta troliga svarta hål är Sagittarius_A*

Hittills har de största supermassiva svarta hålen med massor på eller nära 10 miljarder gånger större än vår sols hittats i centrum av mycket stora galaxer och i områden fyllda med andra stora galaxer.

I en massiv undersökning finansierad 2014 av National Science Foundation med syftet att väga stjärnorna sammanlagda vikt, mörk materia och centrala svarta hål i de 100 mest massiva, närliggande galaxerna, de som är större än 300 miljarder solmassor och inom 350 miljoner ljusår från jorden en region som innehåller miljontals galaxer. Ett av målen är att hitta ättlingar till lysande kvasarer som kan döljas i stora närliggande galaxer.

Det supermassiva svarta hålet som hittades i NGC1600 är en av projektets första framgångar och som bevisar värdet av en systematisk genomsökning av natthimlen istället för att bara titta i stjärntäta områden som de stora galaxhoparna Coma- och Virgo-hoparna. 

Baserat på spektra tagna av Gemini-teleskopet av centrum av NGC 1600, färdas de flesta stjärnor inom det svarta hålets inflytelsesfär. Ett område av cirka 3 000 ljusårs radie på mestadels cirkulära banor runt det svarta hålet. Det är som om stjärnorna på radiella banor mot det svarta hålet har kastats bort, beskriver Chung-Pei Ma, professor i astronomi vid UC Berkeley och chef för Massive Survey, en studie av de mest massiva galaxerna i det lokala universum med målet att förstå hur galaxer bildas och växer sig supermassiva. Detta skulle bara gälla om de närmaste stjärnorna spreds från ett svart hål-par och slungades bort, precis som NASA slungar rymdsonder runt andra planeter för att ge snabbare hastighet genom solsystemet. Troligen kan denna effekt uttolkas här med.

Det svarta hålets inflytelsesfär det område där massan av synliga stjärnor motsvarar massan av det svarta hålet  är mycket större än händelsehorisonten, platsen utan återvändo som bör vara ungefär åtta gånger större än Plutos bana. 

"På något sätt har stjärnorna stoppats komma nära centrum i mycket massiva galaxer eller klarade de inte att komma in av någon motkraft eller så kom de in och blev utsparkade," beskriver Ma. Stjärnbanorna runt centrum av NGC 1600 indikerar det senare, vilket "kan ge stöd för ett binärt svart hål bildat genom en sammanslagning." Och att denna pågående sammanslagning den gången störde och stötte bort närgångna stjärnor.

China Sky Eye" används nu till att avslöja binära ursprung av snabba radiovågsutbrott

 

Bild https://www.hku.hk/ En illustration av ett binärt system med snabba radiostrålningsutbrott. I detta fall ett magnetiserat plasmamoln, genererat av en koronamassutkastning från en närliggande stjärna som korsar siktlinjen till FRB-källan (se nedan) och orsakar en skarp och övergående variation i rotation. Bildkredit: Y. Liu, X. Yang, Y.F. Liang, W.L. Zhang och Y. Li (PMO)

Ett internationellt team av astronomer inklusive forskare från fysikinstitutionen vid University of Hong Kong (HKU), har avslöjat bevis för att åtminstone vissa snabba radioutbrott (FRB)-källor korta men kraftfulla radiovågsblixtar från avlägsna galaxer har ursprung från binära stjärnsystem. Detta innebär att FRB-källan inte är en isolerad stjärna, som tidigare antagits utan en del av ett binärt stjärnsystem där ex två stjärnor kretsar kring varandra.

Med hjälp av Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST) som finns i Guizhou, även känt som "China Sky Eye" upptäckte teamet en distinkt signal som avslöjar närvaron av en närliggande följeslagarstjärna som kretsar runt FRB-källan. Upptäckten är publicerad i Science,  och baseras på nästan 20 månaders övervakning av en aktiv upprepande FRB belägen cirka 2,5 miljarder ljusår bort.

Förändringar i polarisationsegenskaperna hos radiovågor kan avslöja miljön runt en FRB-källa. Teamet observerade ett sällsynt fenomen känt som en 'RM-flare'  en plötslig och dramatisk förändring i radiosignalens polarisationsegenskaper, sannolikt orsakad av en koronamassutkastning (CME) från en följeslagarstjärna som kontaminerar miljön kring FRB-källan.

'Fyndet ger en definitiv ledtråd till ursprunget till åtminstone några upprepande FRB:er,' beskriver professor Bing ZHANG, professor i astrofysik vid fysikinstitutionen och grundande direktör för Hong Kong Institute for Astronomy and Astrophysics vid HKU, samt korresponderande författare till artikeln i Science. 'Bevisen stöder starkt ett binärt system som innehåller en magnetar en neutronstjärna med ett extremt starkt magnetfält, och en stjärna som vår sol.

Snabba radioutbrott är millisekunder långa men oerhört ljusa radioblixtar bortom vår galax. Medan de flesta FRB observeras endast en gång, upprepas en liten andel vilket ger sällsynta möjligheter till långsiktiga studier och möjligt att upptäcka ovanliga förändringar över tid. Dessa upprepande källor har övervakats noggrant av FAST sedan 2020 genom ett dedikerat FRB Key Science Programme som leds av professor Bing Zhang.

FRB 220529A var en av de aktiva repeterande FRB:erna som kontinuerligt övervakades med FAST.

'FRB 220529A övervakades i månader och verkade initialt oansenligt', beskriver professor Bing Zhang. 'Men, efter en observation i 17 månader, hände något riktigt spännande.' FRB:er är kända för sin nästan 100 % linjära polarisation. När radiovågor färdas genom ett magnetiserat plasma roterar deras polarisationsvinkel med frekvensen—en effekt som kallas Faraday-rotation, mätt med rotationsmåttet (RM).

'Mot slutet av 2023 upptäckte vi en abrupt RM-ökning med mer än en faktor tjugo,' sade Dr Ye LI från Purple Mountain Observatory och University of Science and Technology of China, artikelns förstaförfattare.

'RM sjönk sedan snabbt under två veckor och återgick till sin tidigare nivå. Vi kallar detta en "RM-flare".' En sådan kortvarig RM-förändring är förenlig med en tät magnetiserad plasma som kort korsar siktlinjen. 'En naturlig förklaring är att en närliggande följeslagarstjärna sköt ut denna plasma,' förklarade professor Bing Zhang.

'En sådan modell fungerar bra för att tolka observationerna,' sade professor Yuanpei YANG, professor vid Yunnan universitet och medförfattare till artikeln. 'Den nödvändiga plasmaklumpen stämmer överens med CME:er som avfyras av solen och andra stjärnor i Vintergatan.'

Även om följeslagarstjärnan inte kan observeras direkt på detta avstånd, avslöjades dess närvaro genom kontinuerliga radioobservationer med FAST och Australiens Parkes-teleskop.

'Denna upptäckt möjliggjordes tack vare ihärdiga observationer med världens bästa teleskop och det outtröttliga arbetet från vårt dedikerade forskarteam,' sade professor Xuefeng WU vid Purple Mountain Observatory och University of Science and Technology of China, huvudkorresponderande författare.

Upptäckten stöder också en nyligen enhetlig fysisk bild som föreslagits av professor Bing Zhang och hans samarbetspartner, att alla FRB har sitt ursprung i magnetarer, med interaktioner i binära system som möjliggör en föredragen geometri som möjliggör mer frekventa, upprepade utbrott. Fortsatt långsiktig övervakning av upprepande FRB kan avslöja hur vanliga binära system är bland dessa mystiska källor.

Forskningen utfördes gemensamt av HKU, Purple Mountain-observatoriet, Yunnanuniversitetet, de nationella astronomiska observatorierna vid Kinas vetenskapsakademi och andra samarbetsinstitutioner. Professor Xuefeng Wu (Purple Mountain Observatory), professorerna Peng Jiang och Weiwei Zhu (National Astronomical Observatories) samt professor Bing Zhang från fysikinstitutionen vid HKU tjänstgjorde som korresponderande författare.

Ett svart hål har vaknat till liv och beter sig som en vulkan på jorden

 

Bilden från The Royal Astronomical Society i London  är en LOFAR DR2-bild av J1007+3540 överlagrad över en optisk bild av Pan-STARRS (ett system av teleskop vid University of Hawaii) visar en kompakt, ljusstark inre jetstråle vilket indikerar återuppvaknandet av ett 'sovande' supermassivt svart hål i hjärtat av den gigantiska radiogalaxen. Kredit LOFAR/Pan-STARRS/S. Kumari et al.Licenstyp Attribution (CC BY 4.0)

Den dramatiska scenen avslöjades när astronomer upptäckte det supermassiva svarta hålet i hjärtat av J1007+3540 som återupptog sin jetemission efter nästan 100 miljoner års tystnad.

Radiobilder visade att galaxen var fast i en rörig, kaotisk kamp mellan det svarta hålets nyantända jetstrålar och det krossande trycket från den massiva galaxhop där det befinner sig.

Fenomenets upptäckt  har publicerats i en studie som publicerats i Monthly Notices ofthe Royal Astronomical Society  efter arbete med hjälp av mycket känsliga radiointerferometrar, Low Frequency Array (LOFAR) i Nederländerna och Indiens uppgraderade Giant Metrewave Radio Telescope (uGMRT).

De flesta galaxer hyser ett supermassivt svart hål, men bara några få producerar enorma strålar av radioemitterande magnetiserat plasma. J1007+3540 är därför unik beskriver det internationella forskarteamet bakom studien.  J1007+3540  visar tydliga bevis på flera utbrott. Det senaste förutom det som ses nu var för 100 miljoner år sedan.  Bevis på att det svarta hålet har vaknat igen visar på att det är aktivt  och startar om efter långa eoner av tystnad.

Radiobilderna visar en kompakt, ljus inre stråle, som forskningsledaren Shobha Kumari vid Midnapore City College i Indien beskriver som det otvetydiga tecknet på det svarta hålets uppvaknande. Precis utanför ligger en kokong av äldre, blekt plasma. Rester av skräp från det svarta hålets tidigare utbrott förvrängda och klämda i den fientliga miljön runt omkring.

"Det är som att se en kosmisk vulkan få utbrott igen efter eoner av lugn  förutom att den här är tillräckligt stor för att hugga ut strukturer som sträcker sig nästan en miljon ljusår över rymden", tillade Kumari.

"Denna dramatiska lagerläggning av unga jetminnen inuti äldre, utmattade lober är signaturen för en episodisk AGN (Active Galactic Nucleus)  en galax vars centrala motor ständigt slår på och av över kosmiska tidsskalor."

Forskningens studie utfördes av Kumari och medförfattarna Dr Sabyasachi Pal från Midnapore City College, Dr Surajit Paul, docent vid Manipal Centre for Natural Sciences i Indien, och Dr Marek Jamrozy från Jagiellonian University i Polen.

"J1007+3540 är ett av de tydligaste och mest spektakulära exemplen på episodisk AGN med jet-kluster-interaktion, där den omgivande heta gasen böjer, komprimerar och förvränger jetstrålarna," beskriver Dr Pal.

Mysteriet med de röda prickarna i universums barndom kan ha lösts

 

Bild https://news.ku.dk  De små röda prickarna är unga svarta hål insvepta i en kokong av gas som de konsumerar för att växa sig större. Denna process genererar enorm värme som visar sig som små röda prickar. Foto: JWST/Darach Watson

Sedan december 2021, då James Webb-teleskopet upptäckta det första ljuset har forskare runt om i världen undrat över dessa röda prickar bland stjärnor och galaxer i bilderna som teleskopet tagit.

De så kallade 'små röda prickarna' kan ses när universum "bara" var flera hundra miljoner år gammalt för att en miljard år senare verka ha försvunnet helt.

Vissa forskare hävdade att de var massiva galaxer, tillräckligt kraftfulla för att James Webb Space Telescope skulle kunna upptäcka dem 13 miljarder år senare. Men den teorin passade inte med hur lång tid  galaxer tog på sig att utvecklas efter Big Bang. Galaxerna bör uppkommit senare (eller att de röda prickarna över tid försvann).

Efter två års kontinuerlig analys av bilder med röda prickar har forskare från Niels Bohr-institutets Cosmic Dawn Centre i Köpenhamn funnit en förklaring. De är de första svarta hålen. De röda prickarna har därmed gett forskare insikt i hur universums första svarta hål kom till. (detta var vad jag också misstänkte att de var, de första svarta hålen eller hål som kom till redan vid BigBang)

"De små röda prickarna är unga svarta hål, hundra gånger mindre massiva än nuvarande insvepta i en kokong av gas som de konsumerar för att växa sig större. Denna process genererar enorm värme som lyser igenom kokongen. Denna strålning genom kokongen är det som ger de små röda prickar dess färg," beskriver professor Darach Watson, en av huvudforskarna bakom studien och beskriver.

"De är mycket mindre massiva än vad folk tidigare trott, så vi behöver inte åberopa helt nya typer av händelser för att förklara dem."

Upptäckten har placerat forskarna från Cosmic Dawn Centre på förstasidan av en av världens största vetenskapliga tidskrifter, Nature  

Studiens författare är V. Rusakov, Darach. Watson, G. P. Nikopoulos, Gabriel Brammer, R. Gottumukkala, T. Harvey, Kasper Elm Heintz, R. Damgaard, S. A. Sim, Albert Sneppen, A. P. Vijayan, N. Adams, D. Austin, C. J. Conselice, C.M. Goolsby, Sune Toft, J. Witstok.

Planeter med konsistens som sockervadd stelnar över tid.

 

Bild https://www.nao.ac.jp/ Konstnärlig föreställning av de fyra planeterna runt en ung stjärna. De puffiga planeterna riskerar förlora sina atmosfärer på grund av den intensiva strålningen från stjärnan. (Källa: Astrobiology Center)

En av de största överraskningarna inom astronomin under senare tid är upptäckten att de flesta stjärnor hyser en planet i storlek som jorden eller  Neptunus på ett avstånd från sig närmare än Merkurius är vår sol. Dessa superjordar och sub-Neptunusar är de vanligaste typerna av planeter känner till. Hur de bildats har dock varit höljd i mysterium.

Nu har ett internationellt team av astronomer funnit en avgörande saknad länk i bildningsprocessen. Genom att väga fyra nybildade planeter i V1298 Tau-systemet fångade teamet en sällsynt ögonblicksbild av utvecklingen av kompakta planeter som dessa. 

Studien fokuserade på V1298 Tau, en stjärna som finns 352 ljusår bort i riktning mot stjärnbilden Oxen. V1298 Tau är cirka 20 miljoner år gammal, jämfört med vår 4,5 miljarder år gamla sol. Runt denna unga, aktiva stjärna har fyra jätteplaneter, alla i storlek som Neptunus och Jupiter, observerats i en flyktig och turbulent fas av snabb evolution.

Teamet använde data som samlats in under ett decennium av en arsenal av mark- och rymdbaserade teleskop för att exakt mäta när varje planet passerade framför stjärnan, en händelse som kallas transit. Genom att tajma dessa transit upptäckte astronomer små variationer i planeternas banor. DEt gör att deras omloppsbana och gravitation påverkar varandra, vilket accelererar eller saktar ner tidpunkten för passagen. Dessa små tidsförskjutningar gjorde det möjligt för teamet att mäta planeternas massor för första gången. Planeterna har 5 till 10 gånger större radie än jorden men massor på endast 5 till 15 gånger av jordens. Detta gör att de har mycket låg densitet. Man kan jämföra deras densitet med sockervadd.

Denna sockervaddslikhet hjälper till att lösa ett långvarigt pussel kring planetbildning. En planet som bildas och kyls ner över tid är dock mycket mer kompakt. Sockervaddslikheten indikerar att dessa planeter redan har genomgått en dramatisk omvandling, snabbt förlorat mycket av sina ursprungliga atmosfärer och kylts ner. Nu förutspås planeterna fortsätta utvecklas, förlora sina atmosfärer och krympa avsevärt, och förvandlas till de typer av superjordar och sub-Neptunus som ofta observeras därute.

V1298 Tau-systemet fungerar nu som ett avgörande laboratorium för att förstå ursprunget till de mest talrika planetslagen och solsystemen i Vintergatan, vilket ger forskare en aldrig tidigare skådad inblick i de turbulenta och omvälvande livet på unga världar. Att förstå system som V1298 Tau kan också hjälpa till att förklara varför vårt eget solsystem saknar superjordar och sub-Neptunus som är så vanlig förekommande på andra håll i galaxen.