Stjärnan HD 144432 omges av tre järnrika dammskivor

 

Med de framsteg som gjorts inom stjärn- och planetbildningsforskningen kan man nu undersöka förhållandena i miljön runt unga stjärnor och jämföra denna med det tidiga solsystemet. Med hjälp av Europeiska sydobservatoriets (ESO) Very Large Telescope Interferometer (VLTI) har ett internationellt forskarlag lett av József Varga från Konkoly-observatoriet i Budapest, Ungern, gjort detta. De observerade  skivan hos den unga stjärnan HD 144432 där planeter just nu bildas som finns ungefär 500 ljusår bort.

– När vi studerade stoftfördelningen i skivans innersta upptäckte vi för första gången en komplex struktur där stoft samlats i tre koncentriska ringar, beskriver Roy van Boekel forskare vid Max Planck-institutet för astronomi (MPIA) i Heidelberg, Tyskland medförfattare till en forskningsartikeln som publicerats i tidskriften Astronomy & Astrophysics om upptäckten.

HD 144432 är det första exemplet med ett så komplext ringsystem. Stjärnan finns i en zon rik på stoft av det material som stenplaneter som jorden bildas ur. Om man antar att ringarna indikerar närvaron av två planeter som bildas i luckorna i ringarna, uppskattar astronomerna dessa planeters massor till ungefär Jupiters storlek. Astronomerna bestämde stoftets sammansättning i den innersta skivan  dom finns från  stjärnan som motsvarar Jupiters avstånd till solen. De fann för forskare som studerar jorden bekanta mineral. Mineral av samma slag  som bildade de steniga planeterna i vårt solsystem: olika silikater (metall-kisel-syreföreningar) och andra mineraler som finns i vår jordskorpa och mantel och möjligen metalliskt järn som finns i Merkurius och jordens kärnor. Om studien bekräftas skulle ovan stjärna vara den första som har upptäckts med järn i planetbildande skivor.

– Astronomer har hittills förklarat  stoftskivors innehåll som att de har en blandning av kol- och silikatstoft, material som vi ser nästan överallt i universum. Ur ett kemiskt perspektiv är dock en järn- och silikatblandning mer trolig för de heta, inre diskregionerna.

Faktum är att den modellanalys som Varga, huvudförfattaren till den underliggande forskningsartikeln, tillämpade på insamlad data ger bättre ett mer passande resultat när man introducerar järn istället för kol som annars är det vanligaste i skivor. Dessutom kan stoftet som observeras i HD 144432-skivan vara så hett som ca 1500 grader Celsius vid innerkanten och måttliga 25 grader Celsius längre ut. Mineraler och järn smälter och kondenseras, ofta som kristaller i heta områdena nära en stjärna.

Kolkorn skulle inte klara värme av detta slag utan då bli kolmonoxid eller koldioxidgas. Kol kan dock fortfarande vara en betydande beståndsdel i de fasta partiklarna i den svalare delen av skivan vilket dock de observationer som gjorts i studien inte kunde spåra.  

 Merkurius och jorden är järnrika planeter medan jorden innehåller relativt lite kol. – Vi tror att HD-144432 skivan kan vara mycket lik vad som rådde i vårt tidiga solsystem som resulterade i massor av järn till de stenplaneter vi har idag (ex jorden), beskriver van Boekel och tillägger att  studien kan bli ytterligare ett exempel som visar att sammansättningen av vårt solsystem kan vara ganska vanlig. Förutom vårt solsystem verkar HD 144432 vara ett annat exempel på där planeter  bildas i en järnrik miljö.

Bild https://phys.org  Observation med European Southern Observatorys (ESO) Very Large Telescope Interferometer (VLTI) som hittade olika silikatföreningar och potentiellt järn, ämnen som också hittas i stora mängder på vårt solsystems steniga planeter. Kredit: Jenry

Kan syre i atmosfären visa på en tekniskt avancerad civilisation

 

I en ny studie publicerad i Nature Astronomy av Adam Frank, Helen F. och Fred H. Gowen Professor of Physics and Astronomy vid University of Rochester författare till The Little Book of Aliens (Harper, 2023) och Amedeo Balbi, docent i astronomi och astrofysik vid University of Roma Tor Vergata, Italien, beskrivs kopplingen mellan atmosfäriskt syre och den potentiella ökningen av avancerad teknik på avlägsna planeter.

I artikeln undersöker vi om en atmosfärs sammansättning är tecken på närvaron av avancerad teknik, beskriver Balbi. Frank och Balbi och hävdar att, utöver behov av andning och metabolism i flercelliga organismer är syre även avgörande för eld. Bruket av eld är ett kännetecken för en teknologisk civilisation. Forskarna fördjupar sig i begreppet "teknosfärer", expansiva områden av avancerad teknologi som avslöjar tecken – kallade "teknosignaturer" – av utomjordisk teknisk kunnig intelligens.

Oavsett om det handlar om matlagning, smide av metaller tillverkning av material för hem eller utnyttjande av energi genom att bränna bränslen, har förbränning varit drivkraften bakom jordiska industrisamhällen.

Genom att se på jordens historia fann forskarna att kontrollerad användning av eld och de efterföljande metallurgiska framstegen endast var möjliga när syrehalten i atmosfären nådde eller översteg 18 procent. Detta innebär att endast planeter med betydande syrekoncentrationer kan utveckla avancerade teknosfärer och lämna detekterbara teknosignaturer. De nivåer av syre som krävs för att biologiskt upprätthålla komplext liv och intelligens är inte lika höga som de nivåer som krävs för teknik, så även om en art kanske kan uppstå i en värld utan syre, kommer den inte att kunna bli en teknologisk art, enligt forskarna.

"Du kanske kan få biologi – du kanske till och med kan få intelligenta varelser – i en värld utan syre", beskriver Frank. Men utan en eldkälla kommer det aldrig att utvecklas högre teknik eftersom högre teknik kräver bränsle och smältning."

Här kommer "oxygen bottleneck" in i bilden, en term som myntades av forskarna för att beskriva den kritiska tröskel som skiljer världar som är kapabla att främja teknologiska civilisationer från de världar där detta inte är möjligt.

"Förekomsten av höga halter av syre i atmosfären är som en flaskhals som du måste ta dig igenom för att få en teknologisk art", säger Frank. "Du kan få allt annat att fungera, men om du inte har syre i atmosfären kommer du inte att ha en teknologisk art. Att rikta in sig på planeter med höga syrehalter bör därför prioriteras eftersom närvaron eller frånvaron av höga syrenivåer i exoplaneters atmosfärer kan vara en viktig ledtråd för att hitta potentiella teknosignaturer", beskriver Frank.

"Att upptäcka intelligent, teknologiskt liv på en annan planet skulle vara enormt", tillägger Balbi. – Därför måste vi vara extremt försiktiga med att tolka eventuella upptäckter. Vår studie tyder på att vi bör vara skeptiska till potentiella teknosignaturer från en planet med otillräckligt syre i atmosfären.

Bild https://www.deviantart.com/

Nya bilder visar Neptunus och Uranus i sina naturliga färger.

 

Professor Patrick Irwin vid Institutionen för fysik, University of Oxford och hans team fann att både Neptunus och Uranus har en likartad nyans av grönblått. Den allmänna uppfattningen är annars att Neptunus är djupt azurblå medan Uranus är blekt cyanblå.

Astronomer har dock länge vetat att de flesta bilder av de två planeterna inte exakt återger deras verkliga färg. Färgfelet uppstod på grund av att bilder tagna av båda planeterna under 1900-talet – bland annat av NASA:s Voyager 2-uppdrag, (den enda rymdfarkost som flugit förbi dessa världar) – tog bilder i skilda färgnyanser.

De enfärgade bilderna kombinerades senare för att skapa sammansatta färgbilder, som inte alltid var exakt balanserade för att uppnå en naturlig färgbild av planeterna särskilt Neptunus blev ofta för blå. Dessutom var de tidiga Neptunusbilderna från Voyager 2 kraftigt kontrastförstärkta för att bättre avslöja molnen banden och vindarna på Neptunus.

Professor Irwin påtalar: "Även om de välkända Voyager 2-bilderna av Uranus publicerades i en form som låg närma den "sanna" färgen, var de av Neptunus i själva verket utsträckta och förbättrade och därför i fel blå nyans.

Även om den artificiellt mättade färgen var känd vid den tiden bland planetforskare – och bilderna släpptes med bildtexter som förklarade det – gick den distinktionen förlorad med tiden. Genom att tillämpa vår modell på originaldata har vi kunnat rekonstruera den mest exakta representationen hittills av både Neptunus och Uranus färg (se ovan bild).

I den nya studien har forskarna använt data från rymdteleskopet Hubble rymdteleskop STIS och MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer)  på Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope. I båda instrumenten är varje pixel ett kontinuerligt spektrum av färger. Detta innebär att STIS- och MUSE-observationerna entydigt kan bearbetas för att bestämma den sanna färgen på Uranus och Neptunus.

Båda planeterna har en ganska likartad nyans i grönblått. Den största skillnaden är att Neptunus har en liten antydan till ytterligare blått vilket beror på ett tunt dislager på Neptunus.

Studien har fått namnet "Modelling the seasonal cycle of Uranus colour and magnitude, and comparison with Neptune" och har publicerats i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Bild https://www.ox.ac.uk/

Titans övärld innehåller isberg bestående av kolväte

 

Titan är Saturnus största måne och den näst största månen i solsystemet efter Jupiters måne Ganymedes.

Titans öar är sannolikt flytande bitar av porösa frusna organiska fasta ämnen visar en ny studie som publicerats i Geophysical Research Letters, AGU:s tidskrift för rapporter i kortformat med titeln “The Fate of Simple Organics on Titan’s Surface”. Studiens författare är Studiens författare ärXinting Yu (korresponderande författare), University of Texas i San Antonio. Yue Yu, University of California Santa Cruz, Universitetet i Genève. Julia Garver, University of California Santa Cruz. Xi Zhang, University of California Santa Cruz. Patricia McGuiggan, Johns Hopkins University

Titan har en dimmig orange atmosfär 50 % tjockare än jordens, rik på metan och andra kolbaserade molekyler. Ytan på Titan är täckt av mörka sanddyner bestående av organiskt material och hav av flytande metan och etan. På radarbilder ses ljuspunkter på havets yta (öar) som kan bestå från några timmar till veckor eller längre.

Dessa kortlivade öar sågs första gången 2014 under Cassini-Huygens-uppdraget sedan dess har forskare försökt ta reda på vad de består av och hur de uppkommer.

Xinting Yu, planetforskare och huvudförfattare till den nya studien ställde sig frågan och gjorde en närmare undersökning med de data som finns på förhållandet mellan Titans atmosfär, flytande sjöar och de fasta material som avsatts på månens yta ifall detta skulle kunna avslöja orsaken till dessa öar. ”Jag ville undersöka om öarna kunde vara organiska ämnen som flyter på ytan likt pimpsten på vatten här på jorden innan de sjunker”, skriver Yu.

Titans övre atmosfär är tät och har hög densitet och består av organiska molekyler. Molekylerna kan klumpa ihop sig, frysa samman och falla ner på månens yta, floder och sjöar där vågorna bara är några millimeter höga.

Yu och hennes team var intresserade av vad som hände med dessa organiska klumpar när de nådde Titans kolvätesjöar. Skulle de sjunka eller flyta? För att hitta svaret undersökte teamet först om Titans organiska fasta ämnen helt enkelt skulle lösas upp i dessa sjöar. Eftersom sjöarna redan är mättade med organiska partiklar antog teamet att de fallande fasta ämnena inte skulle lösas upp när de nådde vätskan. Om materialet skulle sjunka direkt skulle vi inte se dessa öar, beskriver Yu. ”De bör flyta ett tag, men inte under en längre tid."

Om de isiga klumparna var tillräckligt stora och har rätt förhållande mellan håligheter och smala rör skulle det flytande metanet (eller etanet) kunna sippra in tillräckligt långsamt för att klumparna skulle kunna dröja sig kvar på ytan under en tid upptäckte forskarna i sina modeller.

Yus modeller tyder på att enskilda klumpar sannolikt är för små för att flyta på egen hand. Men om tillräckligt många klumpar samlas nära stranden kan större bitar brytas loss och flyta iväg, på samma sätt som glaciärer kalvar på jorden. Med en kombination av en större storlek och rätt porighet skulle dessa organiska glaciärer kunna förklara fenomenet med de tillfälliga öarna.

Förutom öarna kan ett tunt lager av frusna fasta ämnen som täcker Titans hav och sjöar förklara de flytande kropparnas ovanliga jämnhet. Således kan resultaten från denna studie förklara två av Titans mysterier.

Bild vikipedia Bilder av antalet sjöar på Titans norra halvklot (vänster) och södra halvklotet (höger)

Den gåtfulla komponenten i Venus moln avslöjad.

 

Venus moln. Forskare vet att dessa huvudsakligen består av svavelsyradroppar och något vatten, klor och järn. Koncentrationen varierar med höjden i den tjocka och giftiga atmosfären. Men hittills har inte gåtan om vad molnens fläckar och ränder består av lösts vilka syns i UV-strålning.

I en ny studie publicerad i Science Advances med stöd från Simons Foundation och Origins Federation har forskare från Universityof Cambridge funnit järnhaltiga sulfatmineraler stabila under de hårda kemiska förhållandena i Venus moln. Spektroskopisk analys avslöjade att en kombination av två mineraler, rhomboclase och surt järnsulfat, kan förklara den mystiska UV-absorptionsfunktionen på Venus.

De hittills enda tillgängliga uppgifterna om molnens sammansättning samlades in av sonder och avslöjade märkliga egenskaper i molnen som vi hittills inte har kunnat förklara fullt ut, beskriver Paul Rimmer från Cavendish Laboratory och medförfattare till studien. – I synnerhet när de undersöktes i UV-ljus hade  molnen ett specifikt UV-absorptionsmönster. Vilka grundämnen, föreningar eller mineraler är det som ger denna effekt frågade man sig?

Formulerad på grundval av Venus atmosfärskemi syntetiserade (producerade) teamet flera järnhaltiga sulfatmineral i ett vattenhaltigt geokemilaboratorium vid institutionen för geovetenskaper. Genom att suspendera de syntetiserade materialen i varierande koncentrationer av svavelsyra och övervaka de kemiska och mineralogiska förändringarna begränsade teamet kandidatmineralerna till rhomboclase och surt järnsulfat, vars spektroskopiska egenskaper undersöktes under ljuskällor som är speciellt utformade för att efterlikna spektrumet av solstormar beskriver Paul Rimmer och Samantha Thompsons FlareLab vid Cavendish Laboratory).

Ett fotokemilaboratorium vid Harvard samarbetade i forskningen genom att tillhandahålla mätningar av UV-absorbansmönstren för järn under extrema sura förhållanden, i ett försök att efterlikna Venusmolnen. Forskarna i ingår i den nybildade Origins Federation som främjar samarbetsprojekt av detta slag.

Mönstren och absorptionsnivån som visades i  kombinationen i dessa två mineralfaser överensstämmer med de mörka UV-fläckar som observerats i Venus moln, beskriver medförfattare Clancy Zhijian Jiang, från institutionen för geovetenskaper i Cambridge. Dessa riktade experiment avslöjade det intrikata kemiska nätverket i atmosfären och kastade ljus över grundämnenas kretslopp på Venus yta.

Vi kommer att få en chans att lära oss mycket mer om den här planeten under de kommande åren genom framtida NASA- och ESA-uppdrag som ska utforska Venus atmosfär, moln och yta, beskriver Rimmer och tillägger att studien är en grund för dessa framtida utforskningar.

Bild vikipedia - Molnstrukturen i Venus atmosfär synlig genom ultraviolett avbildning.

En föränderlig atmosfär på WASP-121 b

 

WASP-121 b är en välstuderad het Jupiterlik planet som kretsar kring en stjärna som finns cirka 880 ljusår från jorden (WASP-121). Dess extrema närhet till sin sol innebär att den är tidvattenlåst [samma sida är vänd mot dess sol hela tiden] och solsidan av planeten är ca 2700 C. Ett internationellt team av astronomer har nu studerat planeten genom att kombinera fyra uppsättningar arkivobservationer av WASP-121 b, alla gjorda med Hubbles Wide Field Camera 3 (WFC 3). Den kompletta sammanställningen inkluderade observationer av: WASP-121 b då den passerar framför sin sol (i juni 2016); då WASP-121 b passerar bakom sin sol (från vår synvinkel sett) i november 2016); och två faskurvor av WASP-121 b (tagna i mars 2018 respektive februari 2019). 

Astronomer  tog det unika steget att bearbeta varje datauppsättning på samma sätt även om detta tidigare hade bearbetats av ett annat team. Bearbetningen av data var tidskrävande och komplicerat, men värt det eftersom det gjorde det möjligt för teamet att direkt jämföra bearbetad data från varje uppsättning av observationer med varandra.

Forskarlaget fann tydliga bevis för att observationerna av WASP-121 b hade varierat ljus över tid. Med hjälp av sofistikerad modelleringsteknik visades att dessa tidsmässiga variationer kunde förklaras av vädermönster i exoplanetens atmosfär. En av forskarna i teamet, Quentin Changeat, ESA-forskare vid Space Telescope Science Institute, utvecklar det som följande:

– Vårt dataset representerar en betydande mängd observationstid för en enda planet och är för närvarande den enda konsekventa uppsättningen av sådana upprepade observationer. Informationen som vi extraherade ur dessa observationer användes för att karakterisera (härleda kemin, temperaturen och molnen) i atmosfären på WASP-121 b vid olika tidpunkter. Detta gav en utsökt bild av planeten vars sken förändrats över tid.

Efter att ha analyserat varje dataset fann teamet tydliga bevis på att observationerna av WASP-121 b just varierade över tid. Även om instrumentella effekter kan kvarstå, visade data en uppenbar förändring i exoplanetens hot spot och skillnader i spektralsignatur (som betecknar den kemiska sammansättningen av exoplanets atmosfär) som tyder på en föränderlig atmosfär.

Teamet använde sofistikerade beräkningsmodeller för att försöka förstå det observerade beteendet i exoplanetens atmosfär. Modellerna indikerade att  resultat kunde förklaras av kvasiperiodiska vädermönster, särskilt massiva cykloner som upprepat skapas och avstannar som ett resultat av den enorma temperaturskillnaden mellan den solvända sidan av planeten och den mörka sidan av exoplaneten. Resultatet är ett betydande steg framåt när det gäller att potentiellt observera vädermönster på exoplaneter.

Bild vikipedia som visar en konstnärs föreställning av WASP-121b.

Det tidiga universum var fullt av spiralgalaxer

 

Standardmodellen för galaxer säger att de utvecklats över tid. Galaxer bildades från av stora moln bestående av väte och helium och hade därför troligen en ganska oordnad struktur i början. Med tanke på det tidiga universums densitet var galaktiska kollisioner och sammanslagningar vanliga vilket gav galaxerna rotation och då bildades skiv- och spiralformerna. Allt detta tog tid, så vi förväntar oss att spiralgalaxer är ganska vanliga i nuvarande universum men var sällsynta i det tidiga universum.

I det nya arbetet gjort av forskare vid Cornell university användes data från Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), insamlade av James Webb Space Telescope. Forskarlaget identifierade 873 galaxer större än 10 miljarder solmassor, med rödförskjutningar mellan z = 0,5 och z = 4. Galaxer med denna rödförskjutning är mellan 5 miljarder till 12 miljarder år gamla, så de sträcker sig från de tidigaste galaxerna till de av idag. Av dessa galaxer klassificerades 216 som spiralgalaxer. Forskarna var noga med att påpeka att vissa av dessa kan vara sammanslagna galaxer som blev felklassificerade, men även då klassificerades 108 av galaxerna som spiralgalaxer.

Z talar om hur många år ljuset från objektet har färdats för att nå oss, men detta är inte avståndet till objektet i ljusår, eftersom universum har expanderat när ljuset färdades och objektet nu är mycket längre bort.

När teamet ordnade dem efter rödförskjutning fann de att medan andelen spiralgalaxer minskade i antal när man såg längre tillbaka i tiden, var andelen spiralgalaxer vid rödförskjutningar över z = 3 likväl mycket högre än förväntat. När teamet kalibrerade observationerna fann de att ungefär en femtedel av galaxerna vid z = 3 är spiralgalaxer. Dessa mycket tidiga galaxer skulle då ha  blivit spiralgalaxer mindre än två miljarder år efter Big Bang vilket innebär att det skulle varit kort tid för sammanslagningar och kollisioner som orsak till dem.

Med andra ord utvecklades många galaxer till spiralgalaxer tidigt i universum. Så även om kollisioner och sammanslagningar spelar en roll i bildandet av spiralgalaxer (senare i tiden) finns det sannolikt andra faktorer som spelat in då de tidigaste bildades. För närvarande är det inte klart vilka dessa faktorer är. Med framtida data från JWST hoppas forskarlaget kunna ta reda på hur dessa tidiga galaxer utvecklades och varför spiralgalaxer har funnits så länge.

Kan det vara så att spiralformen är en naturlig form då galaxer bildades tidigt i universum. Kanske man ska se på expansionen och gravitationen  (rörelsen i det tidiga universum) gåtans lösning kan troligen finnas i detta.

Bild vikipedia på en spiralgalax här NGC 3031.