Här långt ner i solen bildas soleruptioner.

 

Bilden: Diagram över solens inre och yttre atmosfär, som visar kärn-, strålnings- och konvektionszonerna separerade av takoklinen (Ett tunt, turbulent övergångsskikt i solens inre, beläget mellan den strålande kärnan som roterar stelt och den yttre konvektionszonen som roterar differentiellt) samt ytegenskaper som solfläckar, utbrott, kromosfären och koronan. Källa: NASA

I en analys av nästan tre decennier av solakustisk data rapporterar NJIT:s fysiker (New Jersey Institute of Technology) bevis för att soldynamon den magnetiska motorn som driver solens elvaårscykler och utbrott  verkar från nästan 200 000 kilometer under solens yta.

Vart elva år byter solens magnetfält riktning. Solfläckar  mörka, svalare områden på solens yta  markerar intensiv magnetisk aktivitet och ofta utlöser dessa områden solutbrott. De uppstår vid medellatituder och migrerar mot stjärnans ekvator i ett fjärilsformat mönster innan de bleknar när 11 årscykeln återställs.

Även om detta skådespel på stjärnans yta länge har varit synligt för astronomer har var denna kraftfulla cykel börjar i solen varit okänt fram tills nu.

Forskare vid New Jersey Institute of Technology (NJIT) som analyserade nästan tre decennier av soloscillationsdata för att spåra solens inre dynamik har nu pekat på den sannolika platsen för solens magnetiska motor djupt ner under ytan . Ungefär 200 000 kilometer ner i solen.

Resultaten som  publicerats i Nature Scientific Reports (se nedan) ger ett av de tydligaste observationsfönster hittills in i solens magnetiska motor. Den så kallade  soldynamon  som genom sina eruptioner formar rymdvädersmönster kopplade till solcykeln, inte bara solen  utan troligen även på andra stjärnor i galaxen.

"Hittills hade vi helt enkelt inte vetat tillräckligt från solens inre för att vara säkra på var solens intensiva magnetfält är organiserade," beskriver Krishnendu Mandal, huvudförfattare till studien  och forskarprofessor i fysik vid NJIT. "Solfläckar är de synliga spåren av magnetfält som driver rymdvädret på solens yta, men vad soloscillationsdata visar är också att platsen för att generera dem har sitt ursprung mycket djupt ner i solen."

För att analysera solens inre överbryggade teamet ungefär 30 års observationer från Michelson Doppler Imager (MDI) ombord på NASAs satellit Solar and Heliospheric Observatory (SOHO), Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) på Solar Dynamics Observatory (SDO) och markbaserade Global Oscillation Network Group (GONG).

Instrumenten har registrerat ljudvågor som genereras av turbulenta plasmarörelser inom stjärnan var 45:e till 60:e sekund sedan mitten av 1990-talet.

Genom att kombinera dessa observationer analyserade forskarna miljarder individuella mätningar och skapade en av de längsta och mest detaljerade registren över solens interna vibrationer.

"Helioseismologi är  ett ungt forskningsfält  tillförlitliga observationer började först i mitten av 1990-talet när GONG först togs i bruk," förklarar Mandal. "Nu, med nästan tre elvaåriga solcykler av data, ser vi äntligen tydliga mönster ta form som ger oss ett fönster in i stjärnan."

Precis som seismologer som studerar jordbävningar på jorden analyserade forskarna ljudvågor i detta fall som rörde sig genom solen  och mäter skiften i vågornas färdtid genom solens inre som avslöjar hur het plasma inuti stjärnan rör sig och roterar och blottlägger band av snabbare och långsammare rotation under ytan.

Teamets analys visade att dessa migrerande rotationsband i det djupa solens inre bildar ett fjärilsformat flödesmönster som speglar solfläckarnas migration som senare uppstår vid ytan.

Analys av dessa flödesmönster från insidan visade på ett kritiskt övergångslager nästan 200 000 kilometer under ytan. De så kallade takoklinen. 

Denna tunna gräns skiljer solens turbulenta yttre konvektionszon där plasma rör sig och stiger från dess stabila strålningsinre nedanför. Över takoklinen ändras solens rotation abrupt vilket genererar kraftfulla skjuvflöden som kan driva solens magnetfält.

"Rotationsband som härstammar från magnetiska strukturella förändringar nära solens takoklin kan ta flera år för att sprida sig till ytan," beskriver Mandal. "Att följa dessa interna förändringar ger oss en tydligare bild av hur solcykeln utvecklas." Den avslöjade korrelationen mellan flödesmönstren över alla tre instrumenten och i vilken grad de matchar solfläckarnas migration på ytan visar en tydlig koppling mellan dynamiken i  solens inre och solaktivitet på global nivå.

"I åratal misstänkte vi att takoklinen var viktigt för soldynamon  nu har vi tydliga observationsbevis," beskriver Mandal.

Studien, Helioseismic Evidence that the Solar Dynamo Originates Near the Tachocline, publicerad i Nature stöddes med finansiering från NASA, inklusive ett bidrag "Consequences Of Fields and Flows in the Interior and Exterior of the Sun" från NASA DRIVE Science Center vilket är ett samarbete mellan 13 amerikanska universitet och forskningscentra där NJIT  är bland bidragande institutioner.

Planet täckt av magma med svavel i sitt inre

 

Bild Konstnärs avbildning från Oxford university av exoplanet L 98-59 d i omloppsbana runt sin värdstjärna den röda dvärgen L 98-59. Kredit: Mark A. Garlick / markgarlick.com

I en studie från  Oxfords universitet har identifierats en tidigare okänd typ av planet. En planet som lagrat stora mängder svavel djupt inne i ett permanent hav av magma som täcker hela dess yta. Exoplaneten har beteckningen L 98-59 d och kretsar runt en  röd dvärgstjärna cirka 35 ljusår från jorden. Observationer från James Webb Space Telescope (JWST) och markbaserade observatorier visade att planeten har en  låg densitet, med tanke på dess storlek (som är ungefär 1,6 gånger jordens) och innehåller betydande mängder vätesulfid i sin atmosfär.

Hittills skulle astronomer ha placerat en planet som denna i en av två kända kategorier, antingen en stenig gashöljd dvärgplanet med en atmosfär av väte, eller en vattenrik värld bestående av djupa hav under sitt ishölje. Men dessa nya fynd visar att L 98-59 d inte passar in på någon av beskrivningarna istället verkar den tillhöra en helt annan klass av planeter med innehåll av tunga svavelmolekyler.

Med hjälp av avancerade datorsimuleringar rekonstruerade ett forskarteam från University of Oxford, University of Groningen, University of Leeds och ETH Zürich planetens historia från strax efter dess bildande till idag. En period på nästan fem miljarder år. Genom att direkt koppla teleskopobservationer till dessa detaljerade fysiska datamodeller av planetariska interiörer och atmosfärer kunde de fastställa vad som måste hända djupt inne i planeten.

Resultatet visar att manteln för L 98-59 d sannolikt består av smält silikat (liknande lava på jorden), med ett globalt magmahav som sträcker sig tusentals kilometer nedanför. Denna enorma smälta reservoar gör det möjligt för planeten att lagra extremt stora mängder svavel djupt i sitt inre, över geologiska tidsskalor.  

Huvudförfattaren Dr Harrison Nicholls (Institutionen för fysik, University of Oxford) beskriver: 'Denna upptäckt tyder på att de kategorier astronomer idag använder för att beskriva små planeter kan vara för enkla. Även om denna smälta planet sannolikt inte kommer att stödja liv speglar den den stora mångfalden av världar som existerar bortom solsystemet. Vi kan då fråga oss: vilka andra typer av planeter väntar på att bli upptäckta?'

Upptäckten har publicerats i Nature Astronomy. 

Då universum var en ursoppa

 

Bild https://news.mit.edu  En kvark susar genom kvark-gluonplasma och skapar ett spår i plasmat. "Att studera hur kvark-spåret studsar fram och tillbaka ger  nya insikter om kvark-gluon-plasmats egenskaper," beskriver Yen-Jie Lee Meriter:Kredit: Jose-Luis Olivares, MIT (Massachusetts Institute of Technology)

I sina första ögonblick var det unga universum en biljon grader hett. En soppa av kvarkar och gluoner. Dessa elementarpartiklar snurrade runt i ljusets hastighet och skapade en "kvark-gluonplasma" som  varade i några miljondelar av en sekund. Den ursprungliga sörjan kyldes  snabbt ner och dess individuella kvarkar och gluoner smälte samman för att bilda protoner, neutroner och andra fundamentala partiklar som finns idag.

Fysiker vid CERN:s Large Hadron Collider i Schweiz återskapar kvark-gluonplasma (QGP) för att bättre förstå universums utgångspunkt. Genom att krossa tunga joner i nära ljusets hastighet kan forskare kortvarigt lossa kvarkar och gluoner för att skapa och studera samma material som existerade under de första mikrosekunderna av det tidiga universum.

Nu har ett team vid CERN under ledning av fysiker från MIT observerat tydliga tecken på att kvarkar skapar spår när de susar genom plasman, liknande en ands som lämnar krusningar genom det vatten den simmar i. Fynden är det första direkta bevisen på att kvark-gluonplasma reagerar på snabba partiklars rörelse idet som kan ses som en  vätska, som skvalpar och stänker  istället för att spridas slumpmässigt som enskilda partiklar.

"Det har varit en lång debatt inom vårt område om plasmat borde reagera på en kvark," beskriver Yen-Jie Lee, professor i fysik vid MIT. "Nu ser vi att plasmat är otroligt tätt så att det kan sakta ner en kvark och ger stänk och virvlar som i en vätska. Så kvark-gluonplasma är bevisligen en uråldrig soppa."

För att se kvarks eftereffekter utvecklade Lee och hans kollegor en ny teknik som de beskriver i studien (se nedan). De planerar att tillämpa metoden på mer partikelkollisionsdata för att se på andra kvarkspår. Att mäta storleken, hastigheten och omfattningen av dessa vågor och hur lång tid det tar för dessa att ebba ut och försvinna kan ge forskare en uppfattning om plasmats egenskaper och hur kvark-gluon-plasma kan ha betett sig under universums första mikrosekunder.

"Att studera hur kvarkars spår studsar fram och tillbaka kommer att ge oss nya insikter om kvark-gluon-plasmats egenskaper," beskriver Lee. "Med det här experimentet tar vi en ögonblicksbild av den uråldriga kvarksoppan."

Studiens medförfattare är medlemmar i CMS Collaboration. Ett team av partikelfysiker från hela världen som samarbetar för att genomföra och analysera data från Compact Muon Solenoid (CMS)-experimentet, som är en av de allmänna partikeldetektorerna vid CERN:s Large Hadron Collider. CMS-experimentet användes för att upptäcka tecken på kvarkvågeffekter för denna studie. Studien har publicerats i tidskriften Physics Letters B. 

Planeten Mars påverkar Jordens klimat

 

Bild Skillnaden hur jorden och Mars kretsar runt solen. (NASA)

Stephen Kane, professor i planetarisk astrofysik vid UC Riverside, inledde detta projekt efter tvivel kring nyare studiers resultat som kopplar jordens uråldriga klimatmönster till gravitationseffekter från Mars. Dessa studier tyder på att sedimentlager på havsbottnen på jorden speglar klimatcykler påverkade av Mars trots dess avstånd från jorden och dess lilla storlek.

"Jag visste att Mars hade någon effekt på jorden, men jag antog att den var pyttelitet," beskriver Kane. "Jag trodde att dess gravitationella påverkan skulle vara för liten för att lätt kunna observeras inom jordens geologiska historia. Jag började  kolla mina egna antaganden."

För att göra detta körde Kane datorsimuleringar av solsystemets beteende och av de långsiktiga variationerna i jordens bana och lutning som styr hur solljuset når eller nått ytan under tiotusentals till miljontals år.

Dessa cykler av förskjutande bana och position kallas Milanković-cykler och är centrala för att förstå hur och när istider börjar och slutar. En istid är en lång period då planeten har permanenta isar vid polerna. Jorden har genomgått minst fem stora istider under sin 4,5 miljarder år långa historia. Den senaste började för cirka 2,6 miljoner år sedan och pågår fortfarande.

En Milanković-cyklel drivs huvudsakligen av Venus och Jupiters gravitationskraft och tar 430 000 år att slutföra. Under den tidsperioden skiftar jordens bana runt solen gradvis från nästan cirkulär till mer avlång och sedan tillbaka igen. Denna förändring i banans form påverkar hur mycket solenergi som når jorden och kan påverka istäckens framryckning eller tillbakadragande.

Den 430 000-åriga cykeln förblev intakt i Kanes simuleringar oavsett om Mars fanns eller ej. Men när Mars togs bort försvann två andra stora cykler, en som tar 100 000 år att slutföra och en annan som sträcker sig över 2,3 miljoner år, helt.

"När du tar bort Mars försvinner de cyklerna," beskriver Kane. "Och om du ökar Mars massa blir de kortare och kortare eftersom Mars då får större effekt."

Dessa cykler påverkar hur cirkulär eller utsträckt jordens bana är (dess excentricitet), tidpunkten för jordens närmaste passage till solen och lutningen av dess rotationsaxel (dess lutning). Dessa påverkar hur mycket solljus olika delar av jorden får vilket i sin tur påverkar glaciala cykler och långsiktiga klimatmönster. Kanes resultat visar att Mars spelar en mätbar roll i båda.

"Ju närmare en planet är solen desto mer domineras en planet av solens gravitation. Eftersom Mars är längre från solen har den en större gravitationseffekt på jorden än om den var närmare. Den slår över sin viktklass," beskriver Kane.

En av de mer oväntade upptäckterna var hur Mars massa påverkar takten med vilken jordens lutning förändras. Jorden lutar för närvarande ungefär 23,5 grader, och den vinkeln varierar något över tid.

"När Mars massa ökades i våra simuleringar minskar förändringshastigheten i jordens lutning," beskriver Kane. "Så att öka Mars massa har en slags stabiliserande effekt på vår lutning."

Studien är publicerad i Publications of the Astronomical Society of the Pacific, och beskriver  inte bara hur Mars kvantifierar inflytandet på jordens omloppsbana utan antyder också bredare konsekvenser. Kanes simuleringar antyder att även små yttre planeter i solsystem kan forma stabiliteten hos världar som kan hysa liv.

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 .