Ett stjärnpar med mycket kort omloppsbana ”runt varandra”

 

Nästan hälften av stjärnorna i Vintergatan är ensamma likt vår solen. Den andra halvan består av stjärnor som cirklar runt andra stjärnor, i par och fler, med banor som  ibland är så snäva att vissa stjärnsystem skulle kunna passera mellan jorden och månen.

Astronomer vid MIT (Massachusetts Institute of Technology) och på andra håll har nu upptäckt en stjärnbinär (dubbelstjärna) med en extremt kort omloppsbana som enbart tar cirka 51minuter. Systemet verkar vara av en sällsynt klass av binärer som kallas "katastrofal variabel", där en stjärna som liknar vår sol kretsar mycket nära och runt en vit dvärgstjärna - en het, tät kärna av en utbränd stjärna.

En katastrofal variabel uppstår när de två stjärnorna närmar sig varandra under miljarder år i detta har den vita dvärgen kommit så nära den andra stjärnan att den vita dvärgen börjat dra material bort från sin partnerstjärna. Denna process kan avge enorma, variabla ljusblixtar som astronomer för århundraden sedan då  de säg dessa blixtrar antog vara ett resultat av någon okänd katastrof.

Det nu upptäckta systemet har teamet gett beteckningen  ZTF J1813+4251 och finns 3000 ljusår bort. Det är en katastrofal variabel med den kortaste omloppsbana som hittills upptäckts. Till skillnad från andra sådana system som observerats tidigare fångade astronomerna denna katastrofala variabel när stjärnorna förmörkade varandra flera gånger under sin färd om varandra vilket då gjorde det möjligt för teamet att exakt mäta egenskaperna hos båda stjärnorna i systemet.

Med dessa mätningar körde forskarna sedan datasimuleringar av vad som sker i systemet idag (det är många ljusår bort vi ser det 3000 är bakåt i tiden) och hur det kan utvecklas under de kommande hundratals miljoner åren. De drar slutsatsen att stjärnorna för närvarande är i en övergång från då den solliknande stjärnan har cirklat och "mist" mycket av sin väteatmosfär till den vita dvärgen. Den solliknande stjärnan kommer så småningom att skalas ner till en mestadels tät, heliumrik kärna. Om ytterligare 70 miljoner år kommer stjärnorna att migrera ännu närmare varandra med en ultrakort bana som bara tar 18 minuter därefter börjar de expandera och driva isär.

För årtionden sedan förutspådde forskare vid MIT och även på andra håll att sådana katastrofala variabler skulle övergå till ultrakorta banor. Detta är första gången ett sådant övergångssystem har observerats direkt.

"Detta är ett sällsynt fall där vi fångade ett av dessa system där man kan se förändringen av väte- till heliumacceleration", säger Kevin Burdge, stipendiat vid MIT: s institution för fysik”.

Burdge ger följande  uttalande: För nästan 30 år sedan hade forskare inklusive MIT-professor emeritus Saul Rappaport förutspått att ultrakorta omloppssystem skulle existera som katastrofala variabler. När den vita dvärgen drar till sig materia från den solliknande stjärnan och drar till sig  dess lätta väte, bör den solliknande stjärnan brinna ut och lämna kvar en kärna av helium - ett element som är tätare än väte och tillräckligt tungt för att hålla den döda stjärnan i en tät, ultrakort bana. Det är det vi ser just nu.

Burdge och kollegor rapporterade sin upptäckt i dagarna i Nature. Studiens medförfattare inkluderar medarbetare från flera institutioner, inklusive Harvard och Smithsonian Center for Astrophysics.

Bild vikipedia. Animation av ett binärt stjärnsystem som visar  överföring av massa mellan stjärnor.

Lustgas i atmosfärer på exoplaneter kan visa på liv.

 

Lustgas (skrattgas) (mon)oxid är en oorganisk förening av kväve och syre med den kemiska formeln N2O. Det är en bedövningsgas som bland annat används inom förlossningsvården. 

Forskare vid UC Riverside (university of California) föreslår nu att något saknas i den lista över kemikalier som astrobiologer använder för att söka efter liv på planeter runt andra stjärnor. Det saknade är lustgas. Kemiska föreningar i en planets atmosfär som kan indikera liv, kallade biosignaturer, inkluderar vanligtvis gaser som finns i överflöd i jordens atmosfär idag.

– Det är mycket sökande efter syre och metan som biosignaturer. Färre forskare har på allvar övervägt sökandet efter lustgas, men vi tror att det kan vara ett misstag, säger Eddie Schwieterman, astrobiolog vid UCR:sDepartment of Earth and Planetary Sciences.

Denna slutsats, och modelleringsarbetet som ledde fram till detta antagande beskrivs i en artikel som publicerades i dagarna i The Astrophysical Journal.

För att nå dit ledde Schwieterman ett team av forskare vilka kom överens om hur mycket lustgas livsformer på en planet som liknar jorden möjligen kan producera. De gjorde sedan modeller som simulerade detta slags planet runt olika typer av stjärnor och bestämde mängder N2O som kunde detekteras av ett observatorium som James Webb Space Telescope.

"I ett stjärnsystem som TRAPPIST-1, det närmaste och bästa systemet för att observera atmosfären på då det gäller steniga planeter kan du potentiellt upptäcka lustgas på nivåer som är jämförbara med CO2 eller metan på dessa, säger Schwieterman. Det finns flera sätt som levande varelser kan skapa lustgas genom. Mikroorganismer omvandlar exempelvis ständigt  kväveföreningar en metabolisk process som kan ge användbar cellulär energi.  

 " Livet genererar kväveavfallsprodukter som omvandlas av vissa mikroorganismer till nitrater. I ett akvarium byggs dessa nitrater upp som då gör att man måste byta vatten, säger Schwieterman.

"Men under rätt förhållanden i hav kan vissa bakterier omvandla dessa nitrater till N2O," förklarade Schwieterman. "Gasen läcker sedan ut i atmosfären."

Under vissa omständigheter kan N2O upptäckas i en atmosfär men det behöver  inte indikera på liv. Schwietermans team visade detta i sin modellering. En liten mängd lustgas skapas till exempel av blixtnedslag.

Forskargruppen anser dock att det nu är dags för astrobiologer att överväga alternativa biosignaturgaser som ex N2O.  James Webb-teleskopet  kan skicka information om atmosfären hos steniga, jordliknande planeter i TRAPPIST-1-systemet.

"Vi ville lägga fram den här idén för att visa att det inte är uteslutet att vi skulle hitta den här biosignaturgasen om vi letar efter den", sa Schwieterman.

Ja vi ska inte utesluta något (min anm.) liv är något som säkert kan lämna spår efter sig som vi ännu inte uppmärksammat. James Webb teleskopet är säkert fullbokat med uppdrag men en dag kan det kanske få in i sitt schema att söka efter lustgas på TRAPPIST-1

Bild https://astrobiology.com/tag/habitable

Det finns asteroider i mörkret därute som vi bör veta mer om

 

2016 exploderade ett eldklot över Tjeljabinsk i Ryssland. Det var en ovanlig form av meteorit. Det ovanliga med denna och andra likartade är dess uppbyggnad av mörk materia som gör dem svårupptäckta innan de sveper in. De är skapade ur en process som kallas chockförmörkelse. Planetforskare har inte kunnat hitta en närliggande asteroidkälla för den här typen av meteoriter förrän nu.

I en ny artikel publicerad i Planetary Science Journal identifierade forskare vid University of Arizona en asteroid som fått beteckningen1998 OR2 som en som kan ses som en sådan chockmörknad meteorit. Den jordnära asteroiden är cirka 1 1/2 mil bred och närmade sig jorden under april 2020.

"Chockförmörkelse är en förändringsprocess som orsakas när något påverkar en asteroid tillräckligt mycket för att temperaturen helt eller delvis smälter dess mineral och förändrar asteroidens utseende både för det mänskliga ögat och i data", säger huvudstudieförfattaren Adam Battle,  UArizona - doktorand som studerar planetvetenskap. "Denna process har setts ha hänt i flera meteoriter men bara setts på asteroider i ett eller två fall långt ut i asteroidbältet mellan Mars och Jupiter."

Battles rådgivare och studieförfattare Vishnu Reddy, professor i planetvetenskap, upptäckte att chockförmörkelse hänt  på asteroider i asteroidbältet 2013 och 2014. – Nedslag är mycket vanliga på alla  asteroider och alla fasta kroppar i solsystemet då  vi ser nedslagskratrar på dessa objekt från många bilder (men få ger en chockförmörkelse). Slagsmältning och chockförmörkande effekter på meteoriter som härrör från dessa nedslag på asteroider är sällsynta. Att hitta en jordnära asteroid som domineras av denna process har konsekvenser för konsekvensbedömning, säger Reddy. Adams arbete har visat att vanliga kondrit - asteroider kan framstå som kolhaltiga i våra klassificeringsverktyg om de påverkats av chockförmörkelse.

För denna studie använde Battle, Reddy och deras team RAPTORS-systemet, ett teleskop som finns ovanpå Kuiper Space Sciences-byggnaden på campus för att samla in data om 1998 OR2: s ytkomposition och bestämde att den såg ut som en vanlig kondrit asteroid. Kondrite-asteroider innehåller mineralerna olivin och pyroxen.

När teamet körde data genom ett klassificeringsverktyg visades det att asteroiden istället var en kolhaltig asteroid, en typ av asteroid som är karakteristiskt mörk och relativt funktionslös. "Missmatchningen var en av de tidiga sakerna som fick projektet att undersöka potentiella orsaker till avvikelsen", sa Battle. "Asteroiden är inte en blandning av vanliga kondrit- och kolhaltiga asteroider utan snarare är det en vanlig kondrit, baserad på dess minerologi som  ändrats - sannolikt genom en chockförmörkelseprocess - för att nu se ut som en kolhaltig asteroid i klassificeringsverktyget. "

Chockförmörkelse antogs finnas först i slutet av 1980-talet men man fick inte bevis för fenomenet  för att studera det förrän 2013 när eldklotet över Ryssland producerade meteoriter med chockmörkade egenskaper.

Forskare, inklusive Reddy började då bli mer intresserade av chockförmörkelse, och Reddy upptäckte snart chockmörkade asteroider i asteroidbältet. På jorden har 2 %, eller ungefär 1400 av cirka 60000 vanliga kondritmeteoriter genomgått en viss grad av chockförmörkelse eller nedslagsprocess, sade Battle.

Forskare kunde utesluta många andra potentiella orsaker till  att 1998 OR2 verkade vara en kolhaltig asteroid snarare än en vanlig kondrit. En möjlig orsak till avvikelsen kan vara vittring där exponering för rymdmiljön orsakar förändringar på asteroidens yta. Men om så vore fallet borde asteroiden vara något rödare i färgen än den är.

 Chockförmörkelse är en process som kan undertrycka utseendet på olivin och pyroxen samtidigt som asteroidens yta blir mörkare så att den ser ut som en kolhaltig asteroid.

Bild Wikimedia på okänd asteroid. Men de finns många därute och deras kurser vet vi oftast inte.

NOEMA

 

2014 invigdes den första antennen i ett stort nu avslutat astronomiskt projekt som nu blivit klart. NOEMA  består av tolv 15-metersantenner som kan flyttas längs spår upp till ett avstånd på 1,7 kilometer vilket gör anläggningen till ett kraftfullt verktyg i astronomisk forskning. Dess sammanlagda upplösningsförmåga samt känslighet gör det möjligt för forskare att samla in ljus som har färdats i upp till 13 miljarder år innan det nått jorden.

Dess antenner är utrustade med mycket högkänsliga mottagare som arbetar vid kvantgränsen med hjälp av en teknik som kallas interferometri: antennerna är alla riktade mot samma region i rymden och signalerna de tar emot kombineras sedan samman med hjälp av en superdator. Detta ger en upplösningsförmåga som liknar den hos ett enormt enskilt teleskop med en diameter som täcker hela ytan där de står (1,7 km).

Genom att ändra antennernas konfiguration kan astronomer "zooma in" på ett himlaobjekt och observera dess detaljer. De olika konfigurationerna kan sträcka sig över ett avstånd som sträcker sig från några hundra meter till 1,7 km, vilket gör att det kan fungera som en gigantisk kamera utrustad med ett zoomobjektiv. Ju mer utökad konfigurationen är desto kraftfullare blir zoomningen: NOEMAs maximala rumsliga upplösning är så hög att den skulle kunna upptäcka en mobiltelefon på över 500 kilometers avstånd.

I dagarna har NOEMA invigts i närvaro av Antoine Petit, VD och koncernchef för CNRS, Martin Stratmann, VD för MPG, Rafael Bachiller, direktör för Observatorio Astronómico Nacional i IGN, Karl Schuster, IRAM-direktör, Stéphane Guilloteau, Ordförande i IRAM Steering Committee och Reinhard Genzel, 2020 Nobelpriset i fysik och medlem av IRAM Steering Committee.

Bild vikipedia på NOEMA-observatoriet, beläget på Plateau de Bure i de franska Alperna (ej nytagen).

Vattenvärldar runt röda dvärgsolar.

 

Den senaste tidens utforskning av exoplaneter har nu fokuserats på sökandet efter tempererade steniga planeter som liknar jorden. Planeter där man ser liv som möjligt. De flesta av de senaste sökandena har däremot riktats mot stjärnor som är svalare än solen. Stjärnor är kända som röda dvärgar eller stjärnor av M-typ vilka är vanliga stjärnor och som inte lyser så starkt att en planet är svår att upptäcka då den sveper förbi sin sol.

Det är känt att inte bara måttlig  utan också en tillräcklig mängd havsvatten är nödvändigt för att en planet ska kunna upprätthålla ett tempererat klimat. Tidigare planetbildningsmodeller förutspår dock att förekomsten av planeter som uppfyller sådana förhållanden runt stjärnor av M-typ stjärnor är mycket liten. 

Mycket beroende på att dessa röda stjärnor inte är stabila i sin utstrålning i närområdet det område där en planet måste befinna sig för liv som vi känner det ska trivas. Planeter måste vara relativt nära en liten sol för rätt temperatur och dessa är inte stabila i sin utstrålning utan pulserar ut stark strålning ibland (min anm.).

Nya datasimuleringar utförda av Tadahiro Kimura, doktorand vid University of Tokyo och professor Masahiro Ikoma vid avdelningen för science vid NAOJ har fokuserat på bildandet av en väterik atmosfär i den protoplanetära skivan och vattenproduktionen via reaktionen mellan atmosfären och magmahavet i en nybildad planet. De har med detta utvecklat en ny planetbildningsmodell och därmed förutspått hur mycket havsvatten som exoplaneter som kretsar kring stjärnor av M-typ bör ha. Som ett resultat visar deras uppskattning att flera procent av planeterna med jordliknande radier och solinstrålning från M-planeter har måttliga mängder havsvatten.

Detta tyder på att upptäckten av planeter med tempererade klimat  kan finnas men kanske inte av livsvänligt format just vid röda dvärgar. Vattenvärldar bör annars vara vanliga därute troligen mer än sådana planeter som jorden vid andra solar solar som vår ex som är relativt lugn. Forskningsresultaten har publicerats i Nature Astronomy den 29 september 2022, GMT.

Bild vikipedia av en konstnärs illustration av en hypotetisk havsplanet med två månar.

I Vintergatan finns en plats där avslocknade stjärnor samlats

 

Nu har den första kartan konstruerats som visar var många rester av en gång massiva solar som kollapsat till svarta hål och neutronstjärnor i Vintergatan nu finns. Denna ansamling av rester sträcker sig tre gånger vintergatans höjd och nästan en tredjedel av objekten har kastats ut ur galaxen helt och hållet.

"Dessa kompakta rester av döda stjärnor visar en fundamentalt annorlunda fördelning och struktur än den synliga galaxen", säger David Sweeney, doktorand vid Sydney Institute for Astronomy vid University of Sydney, och huvudförfattare till artikeln om ämnet i det senaste numret av Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Neutronstjärnor och svarta hål bildas när massiva stjärnor – mer än åtta gånger större än vår sol – tömt sitt bränsle och plötsligt kollapsar. Detta utlöser en skenande reaktion som blåser ut de yttre delarna av stjärnan i en titanisk supernovaexplosion, medan kvarvarande kärna komprimeras tills den beroende på dess massa – blir antingen en neutronstjärna eller ett svart hål.

I neutronstjärnor är kärnan så tät att elektroner och protoner tvingas kombineras på subatomär nivå till neutroner och pressa sin totala massa i en sfär som blir mindre än en ordinär stad på Jorden i diameter. Om den ursprungliga stjärnans massa är större än 25 gånger vår sols, fortsätter den gravitationsdrivna kollapsen tills kärnan är så tät att inte ens ljus kan fly ur den. Båda typerna av stjärnrester förvränger rymden, tiden och materian runt dem.

Även om miljarder av dessa måste ha bildats sedan galaxens första tid, kastas dessa exotiska kadaver med tiden ut i mörkret i den interstellära rymden genom supernovan som skapade dessa rester som därefter gled bortom synfältet och därmed kunskapen om dem för dagens astronomer tills nu.

Genom att noggrant återskapa hela livscykeln för gamla avsomnande stjärnor har forskarna konstruerat den första detaljerade kartan som visar var dessa första kadaver finns i dag. "Ett av problemen med att hitta dessa gamla objekt är att vi hittills inte haft någon aning om var vi skulle leta", säger Sydney Institute for Astronomys professor Peter Tuthill och medförfattare till tidningen. 

– De äldsta neutronstjärnorna och  svarta hålen skapades när galaxen ung och formad annorlunda än numera för att sedan utsättas för komplexa förändringar som sträckte sig över miljarder år. Det har varit en stor uppgift att modellera allt detta för att hitta dem." Nybildade neutronstjärnor och svarta hål finns kvar i dagens galax, så dessa vet man var de finns. Men de äldsta neutronstjärnorna och svarta hålen är som spöken som fortfarande hemsöker ett hus som revs för länge sedan så de är svårare att hitta.

"Det var som att försöka hitta den mytomspunna elefanternas kyrkogård", säger professor Tuthill och syftar på den plats där gamla elefanter enligt legenden går för att dö ensamma, långt ifrån sin grupp. "Rester från dessa sällsynta massiva stjärnor måste finnas där ute, men var är ett mysterium."

Sweeney tillade: " Supernovaexplosioner är asymmetriska och resterna kastas ut i hög hastighet – upp till miljontals kilometer i timmen – och i okänd och slumpmässig riktning för varje objekt."

Men ingenting i universum är under en längre tid stilla så även att veta var dessa explosiva händelser en gång skedde räcker inte utan för att finna dem i dag måste man veta hur de rört sig under miljarder år.

Sweeney säger. – Om man vet åt vilket håll en boll är slagen och hur hårt, då kan man räkna ut var den kommer att hamna. Men i rymden är föremålen och hastigheterna mycket högre. Dessutom är universum inte platt, så stjärnresterna går på komplexa banor som tränger igenom galaxen åt vilken riktning som helst.

I rymden finns det ingen friktion - så objekten saktar aldrig ner. Nästan alla rester som någonsin bildats finns fortfarande där ute och glider fram som spöken genom den interstellära rymden."

De datamodeller astronomerna byggde - tillsammans med University of Sydney Research Fellow Dr Sanjib Sharma och Dr Ryosuke Hirai från Monash University - kodade var stjärnorna föddes, var de mötte sitt explosiva slut och deras slutliga spridning när galaxen utvecklades.

Slutresultatet blev en fördelningskarta över Vintergatans stjärnnekropol.

"Det var lite av en chock", säger Dr Sharma. – Jag arbetar varje dag med bilder av den synliga delen av  galaxen vi finns i och jag förväntade mig att den galaktiska stjärnnekropolen skulle vara subtilt annorlunda, men liknande i stora drag. Jag förväntade mig inte en så radikal formförändring"

I de kartor som genereras (se bild i denna länk) har Vintergatans karakteristiska spiralarmar (se bild i denna länk översta bilden) försvunnit i den "galaktiska underjorden" (se bild i länk nedre bilden). 

Kanske än mer överraskande visar sidovyn att den galaktiska underjorden är mycket mer "uppblåst" än Vintergatan - ett resultat av kinetisk energi injicerad av supernovor som lyfter den till en gloria runt den synliga Vintergatan.

"Det kanske mest överraskande säger Dr Hirai. Är att cirka 30 procent av neutronstjärnorna kastas ut i den intergalaktiska rymden, för att aldrig återvända."

Tuthill tillade: "För mig är ett av det intressantaste vi fann i arbetet att även det lokala stjärnkvarteret runt vår sol sannolikt kommer att innehålla dessa spöklika besökare som passerar här. Statistiskt sett borde vår närmaste kvarleva bara vara 65 ljusår bort: mer eller mindre på vår bakgård, i galaktiska termer."

"Den mest spännande delen av denna forskning ligger fortfarande framför oss", säger Sweeney. "Nu när vi vet var vi ska leta utvecklar vi teknik för att gå på jakt efter dem. Jag satsar på att den 'galaktiska underjorden' inte kommer att förbli höljd i dunkel särskilt mycket längre."

Bild på Vintergatan galaxen där vi finns med vårt solsystem. Bild vikipedia.

I Cat's Eye Nebula fanns en dold stjärna

 

Då en stjärna ungefär lika stor som solen närmar sig slutet av sin existens då dess bränsle sinat drivs dess yttre lager av gas ut som i en ljus och vacker bubbla som kallas en planetarisk nebulosa. I mitten av varje sådan bubbla fortsätter en försvagad stjärna att bestråla sin omgivning och skulptera gasen i färgglada former som astronomer har liknat vid krabbor, reptiler och exempelvis skrämmande skrikande ansikten.

En av de konstigaste och mest förbryllande av dessa kosmiska former har Cat's Eye Nebula som finns cirka 3000 ljusår från jorden. Den består  av flera överlappande bubblor av blå gas med långa, streamerliknande filament lindade tätt runt dessa. Denna nebulosas form har förundrat människan i århundraden.

 I en ny publicerad forskningsrapport den 15 september i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society framförs en lösning som kan stämma på dess form. Med hjälp av data som samlats in vid San Pedro Mártir National Observatory i Mexiko där rörelserna hos skilda gaslager i nebulosan ses skapade astronomer den första 3D-modellen någonsin av Cat's Eye Nebula.

Deras datorgenererade karta av nebulosan avslöjar ett par perfekt symmetriska ringar som virvlar runt nebulosans yttre hölje. Enligt forskarna finns det bara en möjlig orsak till dessa ringars symmetri att en dubbelpipig explosion av energi en gång skett här.

Man antar att då nebulosans stjärna som en gång orsakade nebulosan  släppte ifrån sig  dubbla utbrott av gas med hög densitet i motsatta riktningar, enligt rapportförfattarna. Men i stället för att dessa strålar blev på sin plats började strålarna vingla och formades som en snurrande topp och lämnade långsamt loopande ringar av gas efter sig som snurrade över och under stjärnan som  var kvar. 

Jetstrålar som dessa är sällsynta och finns bara i binära stjärnsystem - det vill säga system med två centrala stjärnor som kretsar kring varandra, neskrev författarna i studien. Dessa jetstrålar ger starka bevis för att Cat's Eye Nebula en gång var ett binärt stjärnsystem där en spektakulär smäll skedde. I dag bör därför en troligast hel stjärna fortfarande finnas i nebulosan. Den som blossade upp bör i dag vara eller vara på väg till att bli en vit dvärgstjärna.

"Föregående jetstrålar i planetariska nebulosor är relativt sällsynta, så det är viktigt att förstå hur de bidrar till utformningen av mer komplexa system som Cat's Eye", säger huvudstudieförfattaren Ryan Clairmont, student i sina grundstudier vid Stanford University, i ett uttalande. "I slutändan ger förståelsen av hur de bildas insikt i vår sols slutliga öde som själv en dag kommer att bli en planetarisk nebulosa."

Bild vikipedia på en sammansatt bild av Cat's Eye Nebula (NGC 6543 eller Kattögonnebulosan) konstruerad genom att använda optiska bilder från HST och röntgenbilder från Chandra-teleskopet.