Slumptal är metoden vid sökandet efter att beskriva varmt väte i exoplanet-atmosfärer

 

Att upptäcka egenskaperna hos kvantsystem som består av ett flertal interagerande partiklar är en enorm utmaning. De kan tolkas matematiskt men är omöjliga att upptäcka. Att bryta den gränsen skulle leda till mängder av nya rön och tillämpningar inom fysik, kemi och materialvetenskap.

Nu har forskare vid Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)  tagit ett stort steg framåt för detta genom  att beskriva det som kallas varmt tätt väte -väte som finns under extrema förhållanden  under högt tryck. Deras arbete är (ska eller är nu publicerat) i Physical Review Letters.

Forskarnas arbetssätt baserades på en metod där man använde slumptal något som nu för första gången kan lösa den grundläggande kvantdynamiken hos de inblandade elektronerna då många väteatomer interagerar under förhållanden som finns till exempel i planeter eller i fusionsreaktorer.

Väte är det vanligaste elementet i universum. Det är bränslet som driver stjärnorna inklusive vår sol och det utgör det inre av planeter som ex gasjätten Jupiter. Den vanligaste formen av väte i universum är inte den osynliga och luktfria gasen eller de vätemolekyler vatten innehåller.

Det är det varma täta vätet från stjärnor och planeter innebärande extremt komprimerat väte som i vissa fall kan leda elektricitet lika bra som metaller. Forskning om varm tät materia fokuserar på materia under förhållanden under mycket höga temperaturer eller tryck som vanligtvis finns överallt i universum dock ej naturligt på Jorden. För att försöka belysa egenskaperna hos väte och annan materia under extrema förhållanden, förlitar sig forskare mycket på datasimuleringar. En allmänt använd metod kallad täthetsfunktionalteori(DFT). 

Trots sin framgång i många sammanhang har denna metod misslyckats med att beskriva varmt tätt väte. Den främsta anledningen är att exakta datasimuleringar kräver exakt kunskap om interaktionen mellan elektronerna i varmt tätt väte.

I den nya publikationen visar författarna Maximilian Böhme, Dr. Zhandos Moldabekov, Young Investigator Group Leader Dr. Tobias Dornheim (CASUS-HZDR) och Dr. Jan Vorberger (Institute of Radiation Physics-HZDR) för första gången att egenskaper hos varmt tätt väte kan beskrivas mycket exakt med så kallade Quantum Monte Carlo (QMC) simuleringar.

 

När det gäller vätgas skulle Böhmes och hans kollegors arbete potentiellt kunna bidra till att klargöra detaljerna i hur varmt tätt väte blir metalliskt väte, en ny fas av vätgas som studeras intensivt både genom experiment och simuleringar. Att generera metalliskt väte experimentellt i labbet kan möjliggöra intressanta applikationer i framtiden.

Den som är intresserad av vårt solsystems planeter och månar följ gärna länken här  som där vårt  solsystems planeters atmosfärinnehåll beskrivs). Länken är från vikipedia.

 Bilden ovan från vikipedia visar däremot citat från vikipedia ”Graphs of escape velocity against surface temperature of some Solar System objects showing which gases are retained. The objects are drawn to scale, and their data points are at the black dots in the middle”.

Tecken på att planeter och stjärnor bildas samtidigt

 

Forskare som studerar "förorenade" vita dvärgstjärnor har hittat nya tecken på hur planeter skapas. Nyligen hittade ett team av astronomer bevis för att stjärnor och planeter troligen bildas tillsammans och samtidigt i ett nytt solsystem. För min del kan jag tänka mig att det inte alltid är så (min anm.) ser inte den accepterade bildningsteorin att planeter bildas av stoff från den cirkumplanetära skiva som finns runt en ny stjärna som motbevisat med detta.

Amy Bonsor, astronom vid Cambridge University i Storbritannien och huvudförfattare till den nya forskningen, säger i ett uttalande " Vi har en ganska bra uppfattning om hur planeter bildas men inte när planetbildningen startar. Om det är då moderstjärnan fortfarande växer eller miljontals år senare?".

Intressant nog kom ledtrådar som kunde lösa frågan från den döda kärnan av en tidigare sol som avslocknat och nu är en vit dvärg. Vita dvärgstjärnor består i allmänhet av endast väte och helium men de kan "förorenas" när asteroider eller någon annan stenig kropp faller ner i dem. Astronomer kan sedan analysera vad asteroiderna var gjorda av genom att titta på sammansättningen av den nyligen förorenade vita dvärgen. 

Vissa vita dvärgar är likt laboratorier då deras tunna atmosfärer nästan kan ses som en stjärnas fornlämning.

Många av de 200 vita dvärgstjärnor som teamet observerade var rika på järn och pekade på att järnrika asteroiders nedslagit på dessa. För att ge en asteroid en järnkärna måste saker och ting vara ganska heta och den mest troliga värmekällan är sönderfallet av en radioaktiv form av aluminium (aluminium-26).  Genom sönderfall kan detta ämna bara existera i knappt en miljon år innan ämnet avklingat. Så för att dessa asteroider skulle innehålla så mycket järn som astronomerna upptäckte hos de vita dvärgarna måste dessa asteroider ha bildats ganska tidigt i ett solsystem troligast under samma tid som stjärnan (solen i solsystemet) bildades.

"Det här är bara början", sa Bonsor. "Varje gång vi hittar en ny vit dvärg kan vi lära oss mer om hur planeter bildas."

Vi ska komma ihåg att fler bevis behövs innan forskarvärlden accepterar dessa nya rön dessa forskare presenterar (min anm.)

Ovan forskningsresultat beskrivs i en artikel som publicerades måndag (14 november) i tidskriften Nature Astronomy.

Bild vikipedia på en jämförelse mellan vit dvärg IK Pegasi B (nedre mitten), hennes A-klasspartner IK PegasiA (vänster) och solen (höger). Denna vita dvärg har en yttemperatur av ca 35000C.

Cesium har upptäckts i atmosfären av en vit dvärgstjärna

 

Genom att analysera data insamlad av teleskopet Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer(FUSE) har ett internationellt team av astronomer upptäckt cesium i atmosfären hos en het vit dvärgstjärna som har beteckningen HD 149499B. Fyndet rapporterades den 3 november på arXiv pre-print-servern och markerar första gången cesium har identifierats i atmosfären hos en het vit dvärg.

Vita dvärgstjärnor är stjärnor som en gång haft en storlek som ex vår sol och därefter kollapsat till en dvärgstjärna av en mycket liten storlek efter att de fått slut på sitt kärnbränsle. En typisk vit dvärg har en radie av 1 procent av vår sols men grovt räknat samma massa. Detta motsvarar en densitet på cirka 1 ton per kubikcentimeter.

På grund  den höga tyngdkraft som råder här är de kända för att ha atmosfärer bestående av antingen rent väte eller rent helium. En liten del av dem visar dock spår av tyngre element i sin atmosfär.

Hittills har 18 grundämnen med atomnummer högre än 28  identifierats i atmosfärer hos vita dvärgar.

Men i dagarna har  denna grupp astronomer under ledning av Pierre Chayer från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Maryland, fyndet av cesium (Cs), vilket har atomnummer 55, i atmosfären av HD 149499B. En ljus heliumrik vit dvärgstjärna där det råder en temperatur av ca 49200 C.

Detektionen gjordes mellan 2000 och 2006 av FUSE´telekopet. Det tar tid att analysera allt som samlas in från teleskopen (min anm).

Allt som allt detekterades tretton cesiumlinjer i FUSE-spektrumet med bredd i intervallet 2,3–26,9 mÅ. Astronomerna tillade att alla dessa övergångar härrör från låga energinivåer som sträcker sig från tio tusen till några tiotusentals cm−1.

Enligt författarna till studien är cesiumdetektering i atmosfären av HD 149449B inte förvånande med tanke på att listan över element som identifierats tidigare i atmosfärer i vita dvärgar. Grundämnen har ökat avsevärt sedan detekteringen av germanium i en vit dvärgs atmosfär hittades under 2005.

Överflödet av cesium i atmosfären av HD 149449B beräknades vara -5, 45 (cesium till helium överflödsförhållande), vilket är -3, 95 i termer av massfraktion. Detta resultat gör cesium till det vanligaste grundämnet med nummer över 28 som observerats i just HD 149499B.

Sammanfattningsvis; resultaten gör att nu att  forskarna försöker hitta den mest troliga hypotesen som förklarar närvaron av cesium i atmosfären. 

"Radioaktiv levitation är dock det mest troliga naturfenomenet för att förklara dess närvaro .... Även om strålande levitation komplicerar tolkningen av källan till cesiumet möjliggör det uppbyggnad av stora överflöd och därmed detektering av de ämnen som annars inte skulle detekteras," avslutade författarna artikeln till tidningen arXiv.

Bild från 

SIMBAD databas på den ovan omtalade HD149499

En stor del från rymdfärjan Challenger har nu hittats.

 

NASA: s Kennedy Space Center meddelade i dagarna att en stor del  från rymdfärjan Challenger har hittats nedsjunken i sanden på botten av Atlanten mer än tre decennier efter tragedin.

Michael Ciannilli, en NASA-chef har bekräftade fyndets äkthet. Det är en av de största bitarna av Challenger som hittats sedan olyckan sedan två fragment från vänsterflygeln flöt i land 1996. enligt Ciannilli

Det var dykare för en TV-dokumentär som först gjorde upptäckten  i mars medan de letade efter vrakdelar efter ett flygplan från andra världskriget. NASA verifierade för några månader sedan att biten var en del av skytteln efter olyckan som skedde strax efter att rymdfärjan lyft den 28 januari 1986. Alla sju besättningsmedlemmar ombord dog vid explosionen.

Delen som nu hittats är minst 4.5 meter gånger 4.5 meter.  Troligen än större eftersom en del av den är täckt av sand. Då det finns fyrkantiga termiska plattor på biten tros den vara från skyttelns underdel, enligt ett uttalande från Ciannilli. Fragmentet ligger kvar på havsbotten strax utanför Floridas kust nära Cape Canaveral tills NASA bestämmer vad som ska göras. Det är fortfarande den amerikanska regeringens egendom. Familjerna till de sju förolyckade besättningsmedlemmarna på Challenger har underrättats om fyndet.

Ungefär 118 ton av resterna av Challenger har återfunnits sedan olyckan. Det motsvarar cirka 47 % av hela farkosten.

Det mesta av de återfunna vrakdelarna finns numera i övergivna missilsilor vid Cape Canaveral Space Force Station. Undantaget är en vänsterskyttelpanel som visas på Kennedy Space Centers besökskomplex tillsammans med den förkolnade cockpitfönsterramen från shuttle Columbia som bröts sönder över Texas under återinträde i atmosfären 2003 även vid denna katastrof dog sju astronauter. 

Bilden från vikipedia som visar explosionen. Den 28 januari 1986 då rymdfärjan Challenger exploderade 73 sekunder efter start 14 km över Atlanten utanför Cape Canaveral, Florida, klockan 11:39 EST.  Sju personer dog

Nyckel till det tidigare universum

 

En internationell forskargrupp under ledning från University of Minnesota har mätt storleken på en stjärna som exploderade för mer än 11 miljarder år sedan. Detaljrika bilder visar den exploderande stjärnans avsvalnande något som kan hjälpa forskare att lära sig mer om stjärnorna och galaxerna som fanns i det tidiga universum.

"Det är den första detaljerade insynen på en pågående supernova i ett mycket tidigt skede av universums utveckling", säger Patrick Kelly, huvudförfattare till artikeln som ska publiceras iNature (ev är det gjort (min anm,).

Kelly är docent vid College of Science and Engineering. Det är väldigt spännande eftersom vi kan lära oss i detalj om en enskild stjärna då universum var mindre än en femtedel av sin nuvarande ålder och börja förstå om stjärnorna som fanns då skiljer sig från de i vår tid, säger han i ett uttalande.

Den röda superjätten i fråga var cirka 500 gånger större än solen innan den exploderade och den finns cirka 60 gånger längre bort än någon annan supernova som observerats.

Med hjälp av data från rymdteleskopet Hubble och Large Binocular Telescope i Montana  kunde forskare identifiera flera detaljerade bilder av den röda superjätten på grund av ett fenomen som kallas gravitationslinsing, där massan av ljus, som den i en galax, böjer inkommande ljus. Detta förstorar ljuset som avges från en stjärna i bakgrunden långt därute. 

"Gravitationslinsning fungerar  som ett naturligt förstoringsglas och multiplicerar Hubbles förstoring med en faktor åtta", sa Kelly. – Bilderna vi tog visar supernovan som den var i olika skeden under åtskilda i flera dagar. Vi ser supernovan snabbt svalna vilket gör att vi i princip kan rekonstruera vad som hände och studera hur supernovan svalnade under sina första dagar med bara en uppsättning bilder. Det gör att vi kan se en repris av en supernovahändelse."

Forskarna kombinerade denna upptäckt med en annan av Kellys supernovaupptäckter en från 2014 i syfte att uppskatta hur många stjärnor som exploderade när universum var en bråkdel av sin nuvarande ålder. De fann att det sannolikt skedde många fler supernovor än man tidigare trott.

"Kärnkollapssupernovor markerar massiva, kortlivade stjärnors död. Antalet supernovor som vi upptäcker kan användas för att förstå hur många massiva stjärnor som bildades i galaxerna när universum var mycket yngre än nu, säger Wenlei Chen, försteförfattare till artikeln och postdoktor vid College of Science and Engineering.

Forskningen finansierades av National Science Foundation; Hubble Space Telescope Cycle 27 Archival Research and Frontier Fields-programmet; World Premier International Research Center Initiative, MEXT, Japan; Förenta staterna-Israel Binational Science Foundation; ministeriet för vetenskap och teknik, Israel; Christopher R. Redlich-fonden; och University of California, Berkeley Miller Institute for Basic Research in Science.

Bild från vikipedia på galaxhopen Abell 370 tagen av rymdteleskopet Hubble teleskopet den 16 juli 2009.  Ljuset från supernovan omnämnd i inlägget finns bakom denna galaxhop.

Något var dolt bakom vintergatan

 

Astronomer har länge vetat att det finns en del i skyn som mestadels är skymt för insyn på grund av en utbuktning i galaxen (en helt naturlig utbuktning som gör att insyn är näst intill omöjlig(min anm),). Känd som "zone of avoidance,"  "undvikningzonen". 

Zonen utgör cirka 10 % av skyn. Den har fått forskare att undra vad som kan finnas bakom denna. Zonen har inte studerats särskilt väl. Således är inte mycket känt om vad som finns bortom fenomenet. I ett nytt försök att avslöja detta använde forskarna en mängd olika verktyg. Flera försök har gjorts tidigare  de senaste åren.

De här gången började forskarna med att samla in all data som hittills har samlats in och lagt till än mer med hjälp av information som nyligen erhållits från VVV- Survey.

VVV Survey är ett projekt som sponsras av en mellanstatlig forskningsorganisation som heter European Organization for Astronomical Research in the Southern Hemisphere. 

I projektet ingår flera toppmoderna forskningsanläggningar på ett flertal platser. Undersökningen har varit involverad i att studera stjärnorna med hjälp av infrarött istället för av synligt ljus vilket i första hand gjorts tidigare. Infrarött ljus kan passera genom gasen, stoftet och ljuset från stjärnorna i utbuktningen och vidare till instrument här på jorden.

När forskarna studerade de infraröda bilderna fann de att de kunde identifiera flera galaxer  långt bortom Vintergatan bakom zonen. På grund av deras antal (galaxerna) tror forskarna att de tillsammans utgör vad de beskriver som en massiv galaktisk struktur. De uppskattar att det kan finnas upp till 58 galaxer i strukturen.

Teamet av forskare bestod av medlemmar från Universidad Nacional de San Juan, Universidade Federal do Rio Grande do Sul och Universidad Andres Bello.  Teamet har därmed hittat bevis för en stor galaktisk hop som gömmer sig bakom denna del av Vintergatan där damm och galaxens utbuktning gör det svårt för oss att se vad som finns bortom detta. Gruppen har publicerat en artikel som beskriver deras resultat på arXiv preprint-servern i väntan på en publicering i tidskriften Astronomy & Astrophysics.

Jag vill likväl poängtera att det tills nu dolda området är naturligt dolt från vår synvinkel ut i kosmos. Det är ingen civilisation därute i någon av galaxerna  som dolt sig för oss. (min anm.)

Bild vikipedia ALMA-teleskopet i Atacamaöknen i Chile och vintergatans centrum.

Även exoplaneter med udda banor kan ha liv.

 

Då det söks efter liv på  så kallade exoplaneter söker vi på planeter med en storlek av Jordens. Planeter som finns i den så kallade beboeliga zonen på avstånd från sin sol så temperatur av ung. samma grader som Jorden har och vatten i flytande form kan finnas där. Vi antar även att dessa planeter bör ha en bana som liknar Jordens för att inte årstiderna ska vara extrema. Planeten måste  luta i ungefär samma grad som Jorden. Dygnet bör inte vara för långt eller för kort.

Det är många krav men kan det innebära att vi söker fel- att vi begränsar sökandet för mycket?  Borde vi tänka annorlunda? Vad händer om vi hittar liv på exoplaneter som inte har de ovan nämnda egenskaperna? Först och främst måste vi vara öppna för detta.

Detta beror på att vissa exoplaneter har observerats kretsa runt sina moderstjärnor i mycket excentriska banor vilket betyder icke-cirkulära banor. Excentricitet mäts från 0 till 1, där 0 är en perfekt cirkulär bana och 1 är en extremt långsträckt bana där längden på dess bana är mycket större än dess bredd. Vi kan inte veta om dessa planeter med udda banor kan hysa liv?

I en ny rapport beskriver Dr. Tyler Robinson, in the Department of Astronomy and Planetary Science at Northern Arizona University and an expert in planetary and exoplanetary atmospheres möjligheten att det kan finnas liv på planeter med excentriska banor.  Han påtalar att som så många saker beror den upplevda sannolikheten för att en planet ska hysa liv på utvalda detaljer. Hur excentrisk är banan? Hur snabbt roterar planeten i sin dag/natt-cykel? En atmosfär och hav ger en viss buffert mot uppvärmnings- och kylningshändelser, men dessa skydd kan brytas ner på en planet som får för mycket solenergi.

I vårt eget solsystem uppvisar alla planeter i stort sett cirkulära banor med excentriciteter nära 0, med jorden på cirka 0,02 och Merkurius som uppvisar den högsta excentriciteten på 0,2.

Även om excentricitet inte spelar någon roll för att bestämma en planets beboelighet spelar det en roll på Jupiters galileiska månar: Io, Europa, Ganymede och Callisto. De två första uppvisar aktiv geologi eftersom de ständigt dras och sträcks ut av Jupiters enorma gravitation på grund av deras  excentriciteter, samtidigt som de drar i varandra. Eftersom vi inte har mycket excentriska banor i vårt eget solsystem, vad kan då mycket excentriska exoplaneters banor  lära oss om att hitta liv bortom jorden?

"Utforskningen av klimat för planeter i mycket excentriska banor handlar om att förstå robustheten av planetklimat betydelse  av dramatiska förändringar i den energi som finns högst upp i atmosfären", säger Dr Stephen Kane, som är Professor of Planetary Astrophysics in the Department of Earth and Planetary Sciences at UC Riverside och tillägger. Även om planetbanor i vårt solsystemet till stor del är cirkulära, finns det många excentriska planetbanor i andra solsystem. Om dessa planeter kan upprätthålla beboeliga förhållanden genom åtminstone en stor del av sina banor på någon plats, kan det kraftigt expandera platser där liv är möjligt.

Dr Kane är intresserad av flera mycket excentriska exoplanetära system ex. Kepler-1649-systemet. Detta beror på att systemet har både en jord- och Venus-lik planet som han säger kan användas för att jämföra direkt med vårt eget solsystem, och han var huvudförfattare till en studie Rapporten om ämnet publicerad i The Astrophysical Journal 2021 om Kepler-1649.

Bild från vikipedia en illustratörs storleksjämförelse av jorden och Kepler-1649c en av de spännande exoplaneterna i Kepler-1649 som omnämns ovan.