Betydelsen av magnetfält i det molekylära molnet L1544 vid bildande av stjärnor.

 

Magnetfält är de väsentliga, men ofta ännu inte förstådda ingredienserna i det interstellära mediet under processen då nya stjärnor bildas. Vi förstår inte hur  de interstellära magnetfälten därute fullt ut fungerar vid denna bildning något som till viss del kan bero på bristen på sonder som kan söka kunskap om detta.

Med hjälp av det femhundra meter långa Aperture Spherical radioteleskopet (FAST) har dock ett internationellt team under ledning av Dr. LI Di från National Astronomical Observatories of Chinese Academy of Sciences (NAOC) nu lyckats få en veta den exakta magnetiska fältstyrkan i ett molekylärt moln. Molnet L1544 som finns i en region i det interstellära mediet där stjärnbildning är  under utveckling. 

 

Teamet använde en teknik kallad HI Narrow Self-Absorption (HINSA) först utformad av LI Di och Paul Goldsmith. En teknik som är baserat på Arecibo-data 2003. FAST: s känslighet underlättade möjligheten till en tydligare detektering av HINSA: s Zeeman-effekt. Resultaten tyder på moln som ovan uppnår ett superkritiskt tillstånd vilket till slut startar en stjärnbildningsprocess.

"FAST:s design innebär att fokusera radiovågor på en kabeldriven hylsa vilket resulterar i ren optik och som är avgörande för framgång för HINSA Zeeman-experiment", säger Dr. LI.

En förklaring av Zeeman-effekten kan man läsa om här.  Studien publicerades i Nature den 5 januari 2022.

År 2003 visade det sig att spektra av molekylära moln innehöll en atom-vätefunktion kallad HINSA som produceras av att väteatomer  kyls genom kollisioner med andra vätemolekyler. Sedan denna upptäckt gjordes av Arecibo teleskopet med hjälp av Zeeman - effekten i HINSA har det ansetts vara en lovande början till bättre förståelse av magnetfälts påverkan i molekylära moln.

HINSA har en linjestyrka 5–10 gånger högre än för molekylära spårämnen. HINSA ger även ett relativt starkt svar på magnetfält och är robust från de flesta molekylära spårämnen, robust mot astrokemiska variationer.

 

FAST:s HINSA-mätningar visade magnetfältets styrka i L1544 till cirka 4 μGauss, dvs. 6 miljoner gånger svagare än jordens magnetfält.

Magnetfältets koherens som avslöjades genom  HINSA Zeeman-effekten innebär att avledningen av fältet sker vid bildandet av det molekylära mediet (eventuellt istället genom en annan mekanism denna ambipolära diffusion).

Vad i så fall vet forskarna ännu inte men är öppna inför nya rön som kan förändra dagens kunskap (min anm.).

Bild från vikipedia där stjärnbilden Oxen (Taurus ses) det är i dettas molekylära moln L1544 är en del.

En massiv molekyl-massa som fått beteckningen AGAL35

 

Nyligen gjorda observationer visar att stjärnor med stor massa bildas genom fragmenteringen från massiva molekylära klumpar (av gas och stoff). Sådana klumpar kollapsar under självgravitation och fragmenteras då i flera fasta kärnor. Men man vet inte om stjärnbildning beror på individuell monolitisk kärnkollaps eller av global hierarkisk kollaps av en molekylär klump.

Cirka 6850 ljusår från jorden finns AGAL35 en infrarödlysande massiv molekylär massa. I detta objekt sker en fragmentering och därför är objektet en intressant källa  att studera för att förstå de tidigaste skeendena av stjärnbildning.

Med detta syfte undersökte ett team av astronomer under ledning av Martin E. Ortega vid universitetet i Buenos Aires i Argentina fragmenteringen och kinematiken i den molekylära massan  AGAL35. I projektet användes data med hög vinkelupplösning insamlat av ALMA-teleskopet i Chile.

Man fann att AGAL35 innehåller fyra infrarödlysande dammkärnor (betecknade C1, C2, C3 och C4) med massor var och en under 3 solmassor (en solmassa vår sols massa). Det gör att de är mindre massiva än man tidigare förutsett. C1 och C2 uppvisar acetonitril utsläpp medan C3 och C4 som är yngre och med en lägre massa består av molekylära utflöden relaterade till molekylära vätemissionslinjeobjekt.

Det konstaterades att C1 och C2 har en temperatur av cirka -100 C. När det gäller deras massa uppskattar astronomerna att C1 är cirka 40 procent mer massiv än vår sol medan C2 har en massa på en nivå av cirka 0,9 solmassor.

En gång i en mycket avlägsen framtid blir troligen dessa klumpar  fyra solsystem. Fyra stjärnor med egna planeter där kanske en blir ett hem för ett nytt slag av intelligent liv i en form vi inte kan föreställa oss(min anm.) Men den gången är troligast vår planet och alla spår efter Jorden och dess liv och kiv försvunnet i historiens dimma för alltid.

Bild från  https://phys.org med följande förklarande text sedd från vänster ses en översikt över Hii-regionen G035.126−00.755 vid Spitzer-IRAC 8,0 μm bild. Höger: närbild av den massiva klumpen AGAL35 på UKIDSS K-band image.

Ett dammhöljt objekt har sin bana runt stjärnan TIC 400799224

Rymdteleskopet TESS lanserades 2018 med uppdraget att upptäcka exoplaneter runt solens närmsta stjärnor. Hittills har TESS upptäckt 172 exoplaneter och sammanställt en lista över 4703 eventuella exoplaneter. Tess känsliga kamera tar bilder som sträcker sig över ett stort synfält mer än dubbelt så stort som konstellationen Orion. Ur detta material har en stjärnkatalog konstruerats innehållande över 1 miljard objekt.

Uppföljande studier av TIC-objekt görs hela tiden (objekt funna av TESS). Det handlar om att få veta om det som upptäcks är eller beror på pulsarer, supernovor, sönderfallande planeter, gravitationellt självlinsade binära stjärnor, förmörkande trippelstjärnsystem, diskockultationer etc och inte exoplaneter.

CfA-astronomen Karen Collins (vid Harwards university) medlem i det stora team som upptäckte det mystiskt variabla objektet stjärnan TIC 400799224. De sökte i TESS- katalogen med hjälp av maskininlärningsbaserade beräkningsverktyg som utvecklats från observerade beteenden hos hundratusentals kända variabla (objekt som varierar över tid av ljus och strålstyrka) objekt. Metoden har tidigare exempelvis funnit sönderfallande planeter och objekt som periodvis döljs av damm .

Objektet TIC 400799224 (stjärnan) upptäcktes på grund av dess snabba minskning av ljusstyrka med nästan 25 % på bara fyra timmar följt av flera starka ljusstyrkevariationer som var och en kunde tolkas som en solförmörkelse.

 

Astronomerna studerade TIC 400799224 från en mängd olika anläggningar, inklusive insamlad data från några teleskop som kartlagt himlen längre tillbaks i tid än TESS. De fann att stjärnan förmodligen ingår i ett binärt stjärnsystem och att en av stjärnorna pulserar med en 19,77- dagarsperiod förmodligen i en omloppsbana som periodvis går in och ur ett dammoln som då tillfälligt försvagar ljuset från stjärnan.

Periodiciteten är strikt tidsbunden men däremot är stjärnans dammockultationer oberäkneliga i form, djup och varaktighet och kan upptäckas (åtminstone från jorden) endast ungefär en tredjedel av tiden eller mindre under banan. Naturen hos själva omloppskroppen är förbryllande eftersom mängden damm som avges är stor (det skiftar).

 Om det producerades genom upplösning av ett objekt exempelvis av storleken som asteroiden Ceres i vårt solsystem skulle objektet överleva bara cirka åtta tusen år innan det försvann. Men periodiciteten under de sex år som detta föremål har observerats har förblivit strikt och föremålet som avger dammet har uppenbarligen förblivit intakt. Teamet planerar att fortsätta övervaka objektet och införliva historiska observationer av området för att försöka bestämma dess variationers förklaring under många årtionden framåt.

Kan det vara ett dammoln det svävas igenom (min anm.). Ett dammoln vilket följer samma  bana men långsammare så objektet far igenom det vid varje banomgång och då förmörkar den andra stjärnan. Något som skulle ge en solförmörkelse. Det skulle även innebära att detta dammoln kunde få vilken form som helst vid förmörkelsen och förbli intakt. Inget säger att det skulle upplösas efterhand. Förändringarna i form och rörelser skulle då bero på att den troligen (neutronstjärna) som sveper igenom dammet förändrar dess densitet eller rörelser något varje gång den sveper igenom men att dammet därefter dras samman i rörelser av gravitation igen. Jag tror inte det är ett objekt som släpper ifrån sig damm utan helt enkelt ett dammoln som inte påverkas nämnvärt av den svala stjärna som sveper igen det eller kanske det inte är en stjärna utan en större planet som sveper igen molnet. En planet av mycket liten densitet och därför inte drar till sig dammet gravitationen blir för svag för den effekten.

Bild från https://pweb.cfa.harvard.edu

 En optisk/nära-infraröd bild av himlen runt rymdteleskopet från TESS Input Catalog.  (TIC)-objektet TIC 400799224 (hårkorset markerar objektets plats och synfältets bredd anges i bågminuter). Astronomer har dragit slutsatsen att de mystiska periodiska variationerna i ljuset från detta objekt orsakas av ett kretsande objekt som med jämna mellanrum släpper ifrån sig dammoln som döljer stjärnan. 

Då gravitationsvågor uppstår när svarta hål smälter samman med en neutronstjärna

 

Den första direkta observationen av en gravitationsvåg gjordes den 14 september 2015 och tillkännagavs av LIGO- och Virgo - samarbeten den 11 februari 2016.

För första gången har forskare nu bekräftat upptäckten av en kollision mellan ett svart hål och en neutronstjärna. Inte bara en gång utan två sådana händelser inträffade med 10 dagars mellanrum i januari 2020. De extrema händelserna gjorde avtryck i rymden som gravitationsvågor som porlade fram minst 900 miljoner ljusår från oss och nådde jorden. Vågorna utlöstes troligast  av att en neutronstjärna svaldes hel av ett närliggande svart hål.

 

Gravitationsvågor är störningar i rumtidens (rymdens) krökning och skapas av massiva föremåls i rörelser. Under de nu mer än fem år som gått sedan den första gravitationsvågen upptäcktes och bekräftades, ett fynd som ledde till Nobelpriset i fysik 2017, har forskare identifierat mer än 50 gravitationsvågor som troligen kommer från sammanslagningar av svarta hål och neutronstjärnor. Både svarta hål och neutronstjärnor är rester av massiva stjärnor. Skillnaden är att svarta hål är massivare än neutronstjärnor.

I en relativt ny studie har forskare beskrivit upptäckten av gravitationsvågor från två sällsynta händelser var och en uppkommen av en kollision av ett svart hål och en neutronstjärna. Gravitationsvågorna upptäcktes av National Science Foundations (NSF) Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) i USA och Virgo-detektorn i Italien. KAGRA-detektorn i Japan som även denna är ansluten till LIGO-Virgo-nätverket sedan 2020  var inte online just då.

Den första sammanslagningen kallad GW200105 upptäcktes den 5 januari 2020 och involverade ett svart hål ungefär 9 gånger solens massa (eller 9 solmassor) och en neutronstjärna med en massa av1,9 solmassor.

Den andra sammanslagningen upptäcktes den 15 januari och involverade ett svart hål med en massa av 6-sol-massor och en 1,5-sol-massa stor neutronstjärna.

 Resultaten av upptäckten publicerades  den 29 juni 2021 i The Astrophysical Journal Letters. Sedan tidigare hade astronomer ägnat årtionden åt att leta efter neutronstjärnor som kretsar kring svarta hål i Vintergatan men hade inte hittat några. "Med denna nya upptäckt av neutronstjärna- svarta hålkollision utanför vår galax har vi hittat den saknade typen av binära objekt av detta slag. Vi kan nu börja förstå hur många av dessa system som finns, hur ofta sammanslagningar sker och varför vi ännu inte har sett exempel på några i Vintergatan, säger Astrid Lamberts, forskare vid Observatoire de la Côte d'Azur, i Nice, Frankrike. Man har misstänkt händelseförloppen från gravitationshändelser av detta slag men först nu kunnat bekräftat att man anat rätt (min anm.)

 

 Den andra händelsen, GW200115 upptäcktes av både LIGO och Virgo. GW200115 uppstod vid sammanslagningen av ett svart hål med en neutronstjärna som ägde rum ungefär 1 miljard ljusår från jorden. Med hjälp av information från instrumenten kunde forskare bättre begränsa den del av skyn där denna händelse inträffade. Det lokaliserade området är nästan 3000 gånger större än fullmånen sedd från jorden.

Bild Simulering av sammanslagning av svarta hål som utstrålar gravitationsvågor. Bild Vikipedia.

Ett svart hål strimlar just nu en närgången stjärna därute

 

Att fånga en stjärna under dess sista tid då dess slut snart sker vid ett svart hål är sällsynt. Astronomer har likväl lyckats upptäcka ett fåtal sådana händelser vilka ger kunskap om vad som då sker. En stjärna som kommer för nära ett svart hål fångas in av det svarta hålets gravitation. Den då kolossala tidvattenkraft som då uppkommer från det svarta hålet, dess sammanlagda gravitationsfält, sträcks då ut  mot stjärnan vilket resulterari ett effektivt och kraftfullt indragande av stjärnan mot det svarta hålet vilket resulterar i att stjärnan slits itu.

Ett skeende som betecknas som en tidvattenstörningshändelse (TDE) och som ses som ett lysande ljusbloss vilket lyser mycket starkt och beror på att ca hälften av den sönderslitna stjärnan virvlar runt det svarta hålet och vilket ger en enorm värme innan detta stoff obönhörligt dras ner bortom händelsehorisonten (den (skenbara) ytan kring ett svart hål, som utgör gränsen mellan hålets innandöme och omvärlden). Den andra halvan av stjärnspillrorna ges en rekyl som resulterar i att detta kastas ut i rymden.

Det var just en sådan lysande och glödande händelse som observerades från jorden den 9 april 2019.

 

Händelsen fick beteckningen AT2019dsg och ägde rum ca 750 miljoner ljusår från oss vid  ett supermassivt svart hål med en storlek av 30 miljoner gånger solens massa (vår egen Vintergatans supermassiva svarta håls massa är 4 miljoner solmassor). AT2019dsg  blossade upp briljant i det optiska och i det röntgenstrålande spektret och en stund  senare även i radiostrålspektrumet.

Knappt sex månader senare, den 1 oktober 2019 gjordes en ny upptäckt av IceCube neutrinodetektorn belägen under isen på Antarktis: då en av de högsta energineutrinutslag som plockats upp  detekterades. Utslaget fick namnet IC191001A.

 

"Den slog ner i den antarktiska isen med en energi på mer än 100 teraelektronvolt", säger astronomen Anna Franckowiak vid Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) vid Universitetet i Bochum i Tyskland.

 

"Som jämförelse är det minst tio gånger mer än den maximala partikelenergi som kan uppnås i världens mest kraftfulla partikelaccelerator, Large Hadron Collider vid det europeiska partikelfysiklabbet CERN nära Genève." Den kom från den riktning där tidvattenstörningshändelsen  AT2019dsg skett.

Neutrinor är fascinerande små ting. Deras massa är nästan noll. De färdas i nästan ljushastighet och de interagerar nästan inte alls med vanlig materia. Miljarder neutrinor genomborrar varje människa hela tiden. Det är därför de fått smeknamnet "spökpartikel". Dessa genomströmningar är inget vi märker av och vad vi vet är de ofarliga.

 

Det betyder dock inte att de inte kan interagera med materia vilket visas av att IceCube har möjlighet att detektera dem. Då och då kan en neutrino interagera med isen och skapar då en ljusblixt. Med detektor inneslutna djupt in i mörkret under Antarktis is märks dessa blixtar. När forskare analyserade IC191001A fann de att det bara fanns  0,2 procents chans att detta utslag inte var associerat som AT 2019dsg.

"Detta är den första neutrino som är kopplad till en tidvattenstörningshändelse", säger astronomen Robert Stein på DESY.

Händelsen som fått beteckningen AT 2019dsg  kan lättare förstås genom medföljande länk där visas tydligt i en kort filmsekvens hur man ska förstå händelsen. Se HÄR. 

Bild från https://www.sciencealert.com/

Det snabbast snurrande svarta hålet upptäckt?

 

Ett svart hål är enligt ”den allmänna relativitetsteorin” en koncentration av massa med ett så starkt gravitationsfält att ingenting inte ens ljus kan övervinna dettas gravitation eller komma utanför dettas händelsehorisont. Materia eller ljus som kommer in till det svarta hålets händelsehorisont förblir där och kan aldrig komma ut igen förutom eventuellt i någon grad och oerhört långsamt i form av Hawkingstrålning.

 

Cygnus X- är en röntgenstrålande stjärnrest i form av ett svart hål. Ett av två objekt i ett röntgenbinärt system (dubbelröntgenkälla) i riktning mot stjärnbilden Svanen

Cygnus X-1 är 50 % massivare än man tidigare ansett vilket gör det till det kompaktaste av resterna av en stjärna (svart hål) som någonsin och direkt kunnat observerats. Röntgenbinären dess följeslagare består förutom av av en stor het blå variabel (skiftar i utkast av solvind och stjärnstoff)  stjärna med beteckningen HDE 226868.  Cygnus X-1 kretsar i en bana runt HDE 226868 på ett avstånd av cirka 0,2 AU (1 AU är avståndet solen - jorden) med en omloppstid på 5,6 dygn.

 Röntgenstrålningen från Cygnus X-1 uppstår då materia från den blå jättestjärnans massutkastningar sugs in av Cygnus X-1:s kraftiga gravitation. Röntgenstrålning från Cygnus X-1 fladdrar i oregelbunden styrka ca 1 000 gånger per sekund.

Baserat på nya observationer uppskattar ett internationellt forskarlag att det svarta hålet är 21 gånger tyngre än vår sol och snurrar snabbare än något annat känt svart hål. Den omräknade vikten får forskare att ompröva hur stjärnor som blir svarta hål utvecklas och hur snabbt de blir av med sitt bränsle innan de kollapsar. Cygnus X-1 drar långsamt till sig massa från sin ljusblå följeslagare genom att dra åt sig stjärnans yttre lager vilket då bildar en ljus skiva som ses rotera runt det svarta hålet (Cygnus X-1). När massan från ovannämnda skiva efterhand dras ner i det svarta hålet värms det upp till miljontals grader och avger då skimrande röntgenstrålning. En del av materialet i skivan lyckas dock komma undan och försvinner som kraftfulla jetstrålar bort från det svarta hålet i form av radiovågor vilket kan upptäckas från jorden.

 

Det var dessa signaturljusstrålar som forskargruppen spårade upp genom observationer från Very Long Baseline Array (VLBA), ett nätverk i kontinentstorlek av 10 radioteleskop spridda över USA från Hawaii till Jungfruöarna. Under en period av sex dagar följdes det svarta hålets bana från detta nätverk av teleskop.

 

Man fann att Cygnus X-1 finns cirka 7200 ljusår från jorden vilket överträffar den tidigare uppskattningen på 6000 ljusår. Det uppdaterade avståndet tyder på att den blå jättestjärnan (följeslagaren) är ljusare och mer massiv än man tidigare insett. Dess massa är ca 40 gånger större än vår sols. Och med tanke på det svarta hålets omloppsperiod kunde man få en ny uppskattning om det svarta hålets massa. Det är 21 solmassor.

Med hjälp av de uppdaterade mätningarna av det svarta hålets massa och dess avstånd från jorden kunde man bekräfta att Cygnus X-1 snurrar otroligt snabbt - mycket nära ljusets hastighet vilket innebär snabbare än något annat svart hål som hittills hittats", säger studiens medförfattare Lijun Gou, forskare vid National Astronomical Observatories vid Chinese Academy of Sciences (NAOC) i ett uttalande.

Bilden ovan från vikipedia är i röntgenljus av Cygnus X-1 och togs av ett ballongburet teleskop som ingår i High Energy Replicated Optics HERO-projektet.  

Plasmafenomenet i pulsaren PSR J1720-0533 (Svarta änkan).

 

Med hjälp av det femhundra meter långa Aperture Spherical radioteleskopet (FAST) upptäckte ett forskarlag under ledning av Dr. Wang Shuangqiang vid Xinjiang Astronomical Observatory (XAO) vid Chinese Academy of Sciences ett plasmalinsfenom i pulsaren PSR J1720-0533 (även kallad svarta änkan). En pulsar som finns i ett stjärnkluster ute i Vintergatan med beteckningen NGC 6712. 

 

Systemet som innefattar den extremt snabbt roterande pulsaren (PSR J1720-0533) åtföljs av en stjärna med låg massa en så kallad brun dvärg. 

De stora mängder av strålning   från pulsaren bidrar till avdunstning av följeslagaren (den bruna dvärgen) som därmed får en allt mindre massa. Massan i dag har uppmätts till mellan 0,018 och 0,036 solmassor beräknat utifrån från vår sols massa (vilket är lågt även för en brun dvärg). Svarta änkan-pulsarer (det finns ett flertal som getts detta epitet) har fått sitt namn från svarta änkan spindlar vars honor äter männen efter parningen. Svarta änka-pulsarer erbjuder värdefulla möjligheter till att undersöka egenskaperna hos följeslagaren då en sådan är under intensiv bestrålning.

I studien fann forskarna att emissionen av PSR J1720-0533 under förmörkelsens ingång då den bruna dvärgen vid passagen framför denna visar kvasi-periodisk modulering, som troligen orsakas av plasmalinser. Plasmalinsning är fenomenet med strålning som färdas längs böjda banor orsakade av den variabla elektrontätheten över skyn.

 

Genom att analysera linsfenomenet drog forskarna slutsatsen att den maximala förstoringen av linsen är 1,6, vilket motsvarar en linsstorlek på tiotals kilometer. Upptäckten av plasmalinsfenomenet i PSR J1720-0533 visar ett samband mellan dispersionsmätningen och linsningen. Dessutom undersökte forskarna polariseringsprofilerna vid förmörkelsen av PSR J1720-0533 och fann att den linjära polariseringen från emissionen försvann innan dispersionsmätningen visade någon betydande förändring. Fenomenet ger starka bevis för att det finns ett betydande magnetfält i följeslagaren (den bruna dvärgen).

Resultatet tyder på att detta magnetfält spelar en viktig roll i den förmörkande mekanismen som man kan se från svarta änkepulsarer.

 

Dessutom uppskattade forskarna att följeslagarens massförlustgrad var av den storleksordningen att följeslagaren (den bruna dvärgen) kommer att utplånas helt om ca 1000 år.

 

Bild vikipedia. Principiell funktionsskiss av en pulsar. Strålningen lämnar kroppen i två smala knippen som sveper genom universum. Gå  in på vikipedia och tryck på bilden där i övre högre hörnet och se en mycket intressant film från NASA på fenomenet som visar hur en pulsar fungerar (min anm.). Länken är denna. https://sv.wikipedia.org/wiki/Pulsar