Sammanslagningen av två svarta hål och dess effekt

 

Bild https://interestingengineering.com  En konstnärs illustration som visar två svarta hål som på väg att kollidera.

Gammastrålning är den kraftfullaste formen av strålning som förekommer i samband med radioaktivitet. Gammastrålning ingår i kosmisk strålning.

I november 2024 registrerade gravitationsvågsdetektorer den våldsamma sammanslagningen av två svarta hål miljarder ljusår bort. Vanligtvis är sådana händelser osynliga för teleskop och skapar endast svaga krusningar i rumtiden. Men den här gången hände något ovanligt. 

Svarta hål kan enklast beskrivas som stjärnor som gjort slut på sitt bränsle och kollapsar inåt. En större stjärna har kollapsat under sin egen tyngd och gravitationen hos detta nya objekt har blivit så stark att elektromagnetisk strålning (bland annat ljus) inte kan ta sig ifrån dess yta. Allmän relativitetsteori (liksom de flesta modeller om gravitation) säger inte bara att svarta hål kan finnas utan förutsäger att de kommer att bildas i naturen närhelst tillräckligt stor mängd materia packas i en viss region, genom ett skeende som kallas gravitationskollaps. 

I en ny studie  beskrivs (se nedan) att rymdteleskop bara sekunder efter att signalen anlände till jorden upptäckte utbrott av gammastrålar (GRB) från samma område därute i kosmos.

Sammanslagningen är känd som S241125n och visar att  kollisioner mellan svarta hål under sällsynta förhållanden kan lysa upp kosmos för en kort stund. Studiens resultat  utmanar den länge hållna uppfattningen att sammanslagningar av svarta hål sker i  vakuum miljöer där minimalt med material finns tillgängligt för att producera strålning. Händelsen dök först upp i data från LIGO–Virgo–KAGRA-nätverket av gravitationsvågsobservatorier. Dessa instrument upptäckte rumtidskrusningar som produceras när två svarta hål slås samman.

Signalen indikerade att händelsen inträffade cirka 4,2 miljarder ljusår bort från jorden vilket motsvarar en kosmisk rödförskjutning på cirka 0,73. 

Tillsammans vägde de två svarta hålen mer än 100 gånger solens massa, vilket placerar händelsen bland de mest massiva sammanslagningar av stjärnmassor som hittills upptäckts. De flesta tidigare observerade sammanslagningar involverar system med  några tiotals solmassor.

Strax efter att gravitationsvågorna nådde jorden dök något oväntat upp i rymdteleskopdata. Ungefär 11 sekunder efter sammanslagningssignalen upptäckte NASAs Swift-satellit ett kort gammautbrott, en intensiv men kort blixt av högenergistrålning, som kom från samma område på himlen.

Kort därefter identifierade Kinas Einstein Probe-satellit en potentiell röntgenefterglöd från samma region. För att förklara hur en sammansmältning av svarta hål kan generera ljus föreslår forskarna att händelsen inträffade i en särskilt energirik miljö i skivan av gas och damm som omger ett supermassivt svart hål i en aktiv galaxkärna (AGN).Hittills har binära svarta håls sammanslagningar endast kunnat upptäckas genom gravitationsvågor. Att se ljus från sådana händelser skulle ge värdefulla ledtrådar om miljöerna där dessa kollisioner äger rum.

Upptäckten kan  hjälpa forskare att förstå hur extremt massiva svarta hål med stjärnmassa bildas. Om sammanslagningar sker inne i aktiva galaxskivor kan upprepade kollisioner i sådana miljöer gradvis skapa allt större svarta hål.

För tillfället är dock bevisen tydliga snarare än definitiva. "Vår modell är prediktiv och vi betonar vikten av att ytterligare begränsa sammanslagningens banexcentricitet och genomföra djupfältsobservationer galaxen där det skedde för att testa vår förklaring," tillägger studieförfattarna Shu-Rui Zhang, Yu Wang, Ye-Fei Yuan, Hiromichi Tagawa, Yun-Feng Wei, Liang Li, Zheng-Yan Liu, Wen Zhao, and Rong-Gen Cai.

Studien publicerades i The Astrophysical Journal. 

Ytterligare en strålningssimulator igång för nya experiment

 

Bild https://www.gsi.de/en

Kosmiska strålar är en av de största utmaningarna i rymden och utgör en betydande risk för astronauter och material. För första gången på europeisk mark har ett internationellt forskarteam i samarbete med Europeiska rymdorganisationen (ESA) lyckats få möjlighet till en strålningssimulator till att göra galaktiska kosmiska strålar vid GSI/FAIR-acceleratoranläggningen i Darmstadt, Tyskland. Resultaten från denna har publicerats i två artiklar i tidskriften "Life Sciences in Space Research."

Med GCR-simulatorn vid GSI, med ekonomiskt stöd från ESA, finns nu en andra möjlighet att studera GCR utöver simulatorn vid Brookhaven National Laboratory, USA, vilken stöds av NASA. Båda ger en maximal energi på en gigaelektronvolt per nukleon. Acceleratorcentret FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), som för närvarande byggs vid GSI inom  internationellt samarbete erbjuder förbättrade framtidsperspektiv inom forskningsområdet. På FAIR kommer energin att nå tio gigaelektronvolt per nukleon, vilket gör GCR-simulatorn i Darmstadt till den mest exakta i världen.

GSI/FAIR och ESA har arbetat nära tillsammans i många år och använt jonacceleratorer för att undersöka biologiska effekter av kosmisk strålning och hitta lösningar för att skydda astronauter. En simulator för solpartikelhändelser (SPE) baserad på modulatorer för tumörterapi finns redan tillgänglig. Båda institutionerna organiserar  gemensamt den årliga "ESA-FAIR Space Radiation School" för att ge studenter insikt i grunderna i biofysik med tungjoner för både jord- och rymdapplikationer. Nästa utbildning äger rum i augusti 2026, anmälan är öppen till och med den 12 april. (CP)

Stjärnkollision mellan neutronstjärnor skedde därute.

 

Bild Röntgenljusbild: NASA/CXC/Penn State Univ./S. Dichiara; IR: NASA/ESA/STScI; Illustration: ERC BHianca 2026 / Fortuna och Dichiara, CC BY-NC-SA 4.0; Bildbehandling: NASA/CXC/SAO/P. Edmonds

Neutronstjärnor är det som blir kvar efter att en stjärna som är mycket tyngre än solen får slut på bränsle, kollapsar inåt och  exploderar. De är små (bara ett dussin kilometer i diameter) men något mer massiva än solen vilket gör dem otroligt täta. Astronomer anser att de är några av de mest extrema objekten i universum.

Under senare år har astronomer samlat in data om kollisioner (sammanslagningar) av två neutronstjärnor inuti medelstora och stora galaxer. Denna senaste upptäckt visar dock att en kollision med neutronstjärnor inuti en liten galax.

”Att hitta en neutronstjärnkollision där vi gjorde det är banbrytande”, beskriver Simone Dichiara från Penn State University vilket var den som ledde studien. ”Det kan vara nyckeln till att några svar på olösta frågor inom astrofysik.”

Det första är om denna exempellösa plats för en neutronstjärnkollision kan förklara  det faktum att gammablixtar (GRB) kan komma ur kollapsen av två neutronstjärnor och är varför dessa strålar ses i en galax. Den andra frågan är om kollisioner av detta slag är anledningen till att grundämnen som guld och platina har hittats i stjärnor som ligger på stora avstånd från galaxers centrum.

Ovan  kollision är belägen i en liten galax, cirka 4,7 miljarder ljusår bort, inbäddad i en gasström som sträcker sig cirka 600 000 ljusår. (För att ge sen jämförelse är vår galax Vintergatan cirka 100 000 ljusår i diameter.) Gasströmmen skapades sannolikt när en grupp galaxer kolliderade för hundratals miljoner år sedan vilket avlägsnade gas och stoft från galaxerna och lämnade gasen kvar i den intergalaktiska rymden.

”Vi hittade en kollision inom en kollision”, beskriver medförfattaren Eleonora Troja från Roms universitet i Italien. ”Galaxkollisionen utlöste en våg av stjärnbildning som under hundratals miljoner år ledde till början på och slutligen kollisionen av dessa neutronstjärnor.”

För att upptäcka händelsen som kallas GRB 230906A, som inträffade den 6 september 2023, behövde astronomer NASA-teleskop som Chandra röntgenobservatorium, Fermi gammastrålteleskop, Neil Gehrels Swift-observatorium och Hubble-rymdteleskopet.

Fermiteleskopet upptäckte neutronstjärnkollisionen genom att fånga upp den distinkta signalen från en gammablixt. Efter att ha använt det interplanetära nätverket för att härleda en preliminär plats för Fermikällan behövde astronomerna sedan den skarpa skärpan från Chandra, Swift och Hubbleteleskopen för att mer exakt kunna lokalisera objektets plats. NASAs uppdrag är en del av ett växande, världsomspännande nätverk som följer dessa förändringar för att lösa mysterier om hur universum fungerar.

”Chandras exakta röntgenlokalisering gjorde denna studie möjlig”, beskriver medförfattaren Brendan O'Connor, McWilliams postdoktor vid Carnegie Mellon University. ”Utan den hade vi inte kunnat knyta galaxutbrottet till någon specifik källa. Och när Chandra väl visade  exakt var vi skulle titta, avslöjade Hubbles extraordinära känslighet den lilla, extremt svaga galaxen på den positionen. Vi kunde bara göra denna upptäckt efter att vi hade satt ihop alla bitar från skilda teleskop.”

Detta fynd kan förklara varför vissa gammablixtar inte verkar ha värdgalaxer. Detta resultat antyder att vissa värdgalaxer är för små och svaga för att synas i de flesta optiska ljusbilder från markbaserade observatorier.

Astronomer har aldrig sett den här typen av explosiv händelse i en miljö som denna förut och den kan bidra till att lösa två  kosmiska mysterier (se ovan). En artikel som beskriver studien publicerades idag i The Astrophysical Journal Letters . 

Om månprogrammet ARTEMIS

 

Bild wikipedia Artemis II vid uppskjutningskomplex 39B i januari 2026

Under Artemisprogrammet  kommer NASA att skicka astronauter på allt svårare uppdrag för att utforska mer av månen för mer kunskap, ekonomiska fördelar och för att bygga vidare på vår grund för de första bemannade uppdragen till Mars.

För att läsa mer om detta program och följa det steg för steg se denna länk från programmets hemsida och följ det nu och framåt. 

Sten far mellan månarna Didymos och Dimorphos

 

Bild Wikipedia.  Didymos (nere till vänster) och Dimorphos (uppe till höger) fotograferade av rymdsonden DART.

Dimorphos (S/2003 (65803 1) är en asteroidmåne som kretsar runt asteroiden 65803 Didymos. De finns i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter.

Cirka 15 % av asteroiderna nära jorden har små månar som kretsar kring dem vilket gör binära asteroidsystem vanliga i vårt kosmiska närområde.

Ett team av astronomer under ledning från University of Maryland har upptäckt att dessa binära asteroidsystem är mycket mer dynamiska än man trodde. Systemet utbyter aktivt sten och damm i mjuka, slowmotion-kollisioner som formar och har format systemet under miljontals år.

Efter att ha analyserat bilder tagna av NASAs Double Asteroid Redirection Test (DART)-rymdfarkosten 2022, strax före dess avsiktliga kollision med asteroidmånen Dimorphos, identifierade teamet ljusa, solfjäderformade streck över månens yta. Det var det första direkt visuella beviset på att material naturligt färdas från en asteroid till en annan. 

"Först trodde vi att något var fel på kameran och sedan trodde vi att det kunde ha varit fel på vår bildbehandling," beskriver artikelns huvudförfattare Jessica Sunshine, professor with joint appointments in the Department of Astronomy and Department of Geological, Environmental, and Planetary Sciences at UMD (University of Maryland).  "Men efter att vi rensat upp insåg vi att de mönster vi såg var mycket förenliga med låghastighetsstötar, som att kasta 'kosmiska snöbollar.' Vi hade det första direkta beviset för nyligen skedda  materialtransport i ett binärt asteroidsystem."

Teamets resultat gav också den första visuella bekräftelsen av Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddak (YORP)-effekten, där solljus får små asteroider att snurra snabbare tills material flyger av deras ytor och ibland skapar månar. Sunshine noterade att detta sannolikt var fallet med Didymos och dess mindre måne Dimorphos, vilket bevisas av spåren av 'kosmiska snöbollar' som lämnats på Dimorphos yta.

Att hitta dessa spår krävde månader av detektivarbete. De solfjäderformade strecken var osynliga på DART-farkostens ursprungliga bilder, men UMD:s astronomiforskare Tony Farnham och den tidigare postdoktor forskaren Juan Rizos hjälpte till att utveckla sofistikerade tekniker för att ta bort stenskuggor och blixteffekter från bilderna, vilket avslöjade de överraskande streck som 'kosmiska snöbollar' lämnade efter sig.

"Vi såg till slut dessa strålar som slingrade sig runt Dimorphos, något ingen någonsin sett förut," beskriver  Farnham. "Vi kunde inte tro det först eftersom det var subtilt och unikt." 

  Forskarnas resultat, publicerades i The Planetary Science Journal den 6 mars 2026 och här beskrivs betydande konsekvenser för förståelsen av asteroider som potentiellt kan hota jorden. The Planetary Science Journal. 

Gränsen för var en planet kan ses möjlig för att ha livsformer runt en stjärna bör utvidgas

 

Bild https://www.afhu.org  Traditionella och utvidgade livsvänliga zoner runt en stjärna. Den traditionella beboeliga zonen visas av den diagonala orange randen. Avståndet från värdstjärnan (horisontella axel, i astronomiska enheter) ökar med ljusstyrkan, som ökar med stjärnans massa och stjärntypen (M, K, G, etc.) som visas på den vertikala axeln. Ellipserna representerar förlängningarna av den livsvänliga zon som presenteras i forskningen. | Källa: Amri Wande

Astronomer har länge sökt efter liv inom en smal sfär runt en stjärna, den "beboeliga zonen", där en planet varken borde vara för varm eller för kall för flytande vatten. Enligt en studie av forskare vid Hebreiska universitetet i Jerusalem (HU) kan flytande vatten dock existera långt bortom den klassiska ytterkanten, dolt under is som subglaciala eller intraglaciala sjöar. Detta innebär att antalet världar värda att efter vatten och potentiellt livsvänliga förhållanden kan vara mycket större än vad den traditionella kartan antyder.

Den nya studien, publicerad i Astrophysical Journal (se nedan) visar att astronomer i åratal har förlitat sig på tumregeln för beboelig zon (den så kallade guldlockzonen) när de söker efter liv bortom jorden, planeter där flytande vatten kan finnas på planetens yta. I vårt eget solsystem ligger den zonen ungefär mellan jordens och Mars banor. Men många av de planeter som nu upptäcks passar inte in i denna ram Då de kretsar runt stjärnor som skiljer sig mycket från vår sol och då har en beboelig zon på ett avstånd närmare  den inre kanten av den beboeliga zonen eller mycket längre ut.

Astrofysiker professor Amri Wandel från Hebreiska universitetet undersökte vad som händer när forskare ifrågasätter de antaganden som ligger bakom den traditionella guldlockzonen.

Fokus ligger på tidvattenlåsta exoplaneter – världar som alltid vänder samma sida mot sin stjärna. Dessa planeter upplever permanent dagsljus på ena sidan och permanent natt på den andra vilket är en konfiguration som ofta anses liv och vatten på dessa planeter.

Wandels analys antyder däremot något annat.

Med hjälp av en analytisk klimatmodell som spårar yttemperaturen på sådana planeter visar studien att världar som kretsar kring M- och K-dvärgstjärnor kan upprätthålla flytande vatten på nattsidan, även när de kretsar betydligt närmare sin stjärna än vad klassiska modeller för beboeliga zoner tillåter. Värme som transporteras från dagsidan kan hålla delar av nattsidan över nollpunkten vilket utökar utbudet av miljöer där vatten kan finnas kvar.

Denna utökade definition av den beboeliga zonen kan hjälpa till att förklara nyligen genomförda observationer av James Webb Space Telescope, som upptäckte vattenånga och andra flyktiga gaser i atmosfärerna hos de närliggande superjordarna som kretsar kring M-dvärgstjärnor planeter som  ansågs ligga utanför det säkra avståndet för ytvatten.

Studien tittar också åt motsatt håll, bortom den yttre kanten av den beboeliga zonen. Även på kalla planeter långt från sina stjärnor kan flytande vatten existera under tjocka lager av is i form av intraglaciala sjöar eller subglacial smältning, vilket ytterligare vidgar den beboeliga zonen och ökar antalet världar som kan stödja vattenbaserade miljöer med stor marginal.

Genom att ompröva antagandena bakom den beboeliga zonen och omräkna dess gränser, omformar denna forskning var astronomer kan leta efter förhållanden som är lämpliga för liv och föreslår att potentiella livsmiljöer kan finnas på planeter där det tidigare uteslutits.

Forskningsartikeln med titeln "Exoplaneter bortom den konservativa beboeliga zonen. I. Beboelighet" finns tillgänglig i The Astrophysical Journal och kan nås här. 

Stjärnors snurrande magnetfält och dess följd.

 

Bild https://pixnio.com/ vår stjärna solen.

Forskare vid Nagoya University i Japan har genomfört den mest detaljerade simuleringen av stjärnors inre och motbevisat en teori som forskare trott på i 45 år: att stjärnors magnetfält  byter rotationsmönster när de åldras. Man har ansett att rotationen vid polerna sker snabbare än vid ekvatorn hos äldre stjärnor. Forskare har nu funnit att denna förändring eventuellt inte sker. Stjärnor upprätthåller sin rotation som sker snabbt vid ekvatorn och långsamt vid polerna under hela sin livstid.

Forskarna använde Fugaku, Japans mest kraftfulla superdator tilla att simulera insidan av stjärnor med extremt hög upplösning. De delade in varje simulerad stjärna i 5,4 miljarder rutnätspunkter.

Eftersom tidigare simuleringar genomfördes med låg upplösning försvann magnetfält artificiellt och deras roll i stjärnrotationsmönster ansågs obetydlig. I denna nya studie med högupplöst simulering förblev magnetfälten starka och visade inget rotationsskifte.

Simuleringarna visade också att stjärnors magnetfält försvagas kontinuerligt under hela deras livstid utan någon återhämtning i hög ålder genom att polernas magnetfält roterade plötsligt i högre hastighet än magnetfältet vid ekvatorn. Tidigare studier förutspådde att magnetfälten skulle förstärkas igen när rotationsmönstret bytte riktning. Astronomer har förutspått genom teoretiska simuleringar antisolrotation i långsamt roterande stjärnor i simuleringar men  upptäckte det aldrig i observationer. Observationstekniker hade betydande begränsningar och frågan förblev obesvarad.

Forskaren och medförfattaren Yoshiki Hatta till studien (nedan) fbeskriver hur de nya simuleringarna löste detta problem. "Simuleringen kan återskapa solens observerade rotationsmönster nästan perfekt. När vi applicerar den på långsammare roterande stjärnor stämmer den också överens med astronomiska observationer och visar ingen antisolrotation."

Denna korrigerade förståelse av stjärnors inre kan hjälpa forskare att lösa stjärnmysterier som solens elvaåriga solfläckscykel och förutsäga hur magnetisk aktivitet påverkar planeters möjligheter att hysa livsformer under miljarder år. Det skulle också kunna förbättra stjärnutvecklingsmodeller och hjälpa astronomer att tolka observationer av avlägsna stjärnor.

Superdatorn FUGAKU som användes är installerad vid RIKEN, en nationell forsknings- och utvecklingsmyndighet, i Kobe, Japan. Den har varit i delad användning sedan mars 2021 och har uppnått världsledande prestanda inom flera internationella benchmarktester.

Resultaten av studien publicerades i Nature astronomy.