Neptusliknande exoplaneter med synliga moln eller inte och dess atmosfär

 

Jonathan Brande, doktorand vid ExoLab vid University of Kansas har nyligen publicerat nya forskningsresultat i den vetenskapliga tidskriften The Astrophysical Journal Letters som visar atmosfäriska detaljer av 15 exoplaneter av Neptunusliknande slag. Även om ingen av planeterna kan anses som livsvänliga kan en bättre förståelse av dem hjälpa oss att förstå varför vi inte har en Neptunusliknande planet ( i storlek som Neptunus men stenplanet lik jorden) nära vår sol likt många andra solsystem ses ha.

– Under de senaste åren vid University of Kansas har mitt fokus varit att studera exoplaneters atmosfärer genom en teknik som kallas transmissionsspektroskopi, beskriver Brande och beskriver det som att  "När en planet passerar, vilket innebär att den rör sig mellan vårt siktfält och stjärnan den kretsar kring passerar ljus från stjärnan genom planetens atmosfär och absorberas av de gaser som finns där. Genom att undersöka detta ljus från stjärnan och låta ljuset passera genom en spektrograf vilket kan ses som att låta ljus passera genom en prisma – observeras en regnbåge och de skilda färgerna i denna avslöjar skilda grundämnen. Utifrån ljusstyrka eller ljussvaghet i spektrumet avslöja gaserna och dess mängd som absorberar ljus i exoplanetens atmosfär.

Med denna metodik publicerade Brande för flera år sedan en artikel om den "varma Neptunus" exoplaneten TOI-674 b, där han presenterade observationer som indikerade närvaro av vattenånga i TOI-674 b atmosfär. Dessa observationer var en del av ett bredare program som leddes av Brandes rådgivare Ian Crossfield, docent i fysik och astronomi vid KU med syftet att observera atmosfärer hos exoplaneter av Neptunusstorlek. Den nyligen publicerade artikeln sammanfattar observationer från det programmet och innehåller även data från ytterligare observationer och diskuterar varför vissa planeter verkar molniga medan andra inte ses ha moln. Brande och hans medförfattare noterade särskilt om moln eller dis bildas högt upp i atmosfären. När sådana atmosfäriska aerosoler är närvarande, beskriver Brande att dis kan blockera ljuset som filtreras genom atmosfären.

"Om en planet har ett moln precis ovanför ytan med hundratals kilometer klar luft ovanför sig, kan stjärnljus lätt passera genom den klara luften och absorberas endast av de specifika gaserna i den delen av atmosfären", beskriver Brande. – Men om molnet är placerat väldigt högt gör det att molnen  då i allmänhet blir ogenomskinliga över hela det elektromagnetiska spektrumet. Enligt Brande är det när dessa aerosoler finns högt upp i atmosfären som det inte finns en väg för ljus att filtreras igenom.

"Hubbleteleskopet har lättast att upptäcka vattenånga inte övriga gaser", beskriver han. – Om vi observerar vattenånga i en planets atmosfär är det en bra indikation på att det inte finns några moln som är tillräckligt höga för att blockeras i spektrat. Omvänt, om vattenånga inte observeras och endast ett platt spektrum ses, trots att man vet att planeten borde ha en utsträckt atmosfär tyder det på den troliga närvaron av moln eller dis på högre höjder.

Det innebär att beroende på vilken höjd moln finns är de synliga och visar på en atmosfär. Det visar även att där moln ses kan de likväl finnas  en intressant atmosfär under dessa.

Bild https://ku.edu/  En konstnärs koncept av exoplaneten GJ 9827d, den minsta exoplaneten där vattenånga har upptäckts i atmosfären. Foto: NASA/ESA/Leah Hustak, Ralf Crawford, Space Telescope Science Institute.

Första eROSITA-kartläggningen offentliggör den största sammanställda katalogen någonsin av högenergirika kosmiska källor

 

Det tyska eRosita-konsortiet har i dagarna publicerat sin andel av de data som samlats in av röntgenteleskopet eRosita som finns ombord på satelliten Spektrum-RG under dess första kartläggning av universum. Den nu första eRosita All-Sky Survey Catalogue (eRASS1) är den största samlingen av röntgenkällor som någonsin publicerats innehållande cirka 900 000 individuella källor.

Tillsammans med dessa data publicerar konsortiet en serie vetenskapliga artiklar om nya upptäckter som sträcker sig från studier av exoplaneters livsmöjligheter, svarta hål till upptäckten av de största kosmiska strukturerna. Under de första sex månaderna av observationer har eRosita upptäckt fler röntgenkällor än vad som tidigare har varit känt under röntgenastronomins 60-åriga historia. Uppgifter som är nu tillgängliga för det globala forskarsamhället.

Läs mer om detta spännande resultat här från Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. 

Bild https://www.mpg.de/ (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching)Himmelsdelen av eRosita All-Sky Survey Catalogue (eRASS1) i två olika representationer. Den vänstra bilden visar utökad röntgenstrålning medan den högra bilden visar punktliknande röntgenkällor.© MPE, J. Sanders für das eROSITA-Konsortium.

Ljusstarka galaxer och mörk materia

 

De första galaxerna tros ha bildats när gravitationen från mörk materia långsamt drog samman tillräckligt med väte och helium för att stjärnor skulle kunna bildas och antändas.

Men nu har ny forskning under ledning av astrofysiker vid UCLA (University of California, Los Angeles) visat att väte- och heliumgasen efter Big Bang studsade i överljudsfart mot täta, långsamt rörliga klumpar av kall mörk materia. När gasen därefter avstannade sin rörelse årtusenden senare bildades stjärnor och som i sin tur bildade små, exceptionellt ljusstarka galaxer.

Om denna modell av kall mörk materia är korrekt borde James Webb Space Telescope kunna hitta fläckar av ljusstarka galaxer i det tidiga universum, vilket skulle kunna möjliggöra det första effektiva testet av dagens teori om mörk materia. Om Webb finner fläckarna måste forskarna utarbeta nya teorier om mörk materia.

Den nya forskningen som resulterat i ovan teori publiceras nyligen i The Astrophysical Journal Letters och den tidigare teorin om mörk materia förbättras genom datasimuleringar genom att lägga till växelverkan mellan mörk materia och gas och finner att det som man ansett första ljussvaga galaxerna kan ha varit mycket ljusare än väntat i början av universums historia i dess bildande. Författarna till studien föreslår att man nu bör försöka hitta små galaxer som är mycket ljusstarkare än förväntat med hjälp av teleskop som Webb-teleskopet. Om de däremot endast hittar ljussvaga galaxer kan en del av deras idéer om mörk materia vara felaktiga.

Mörk materia är en typ av hypotetisk materia som inte växelverkar med elektromagnetism eller ljus. Således är det omöjligt att observera med hjälp av optik, elektricitet eller magnetism. Men mörk materia växelverkar med gravitationen och dess närvaro har härletts från de gravitationella effekter den har på vanlig materia. Vanlig materia utgör hela det observerbara universum. Men tots att 84 procent av all materia i universum tros bestå av mörk materia (ej synlig materia) har den aldrig upptäckts direkt.

Bild https://newsroom.ucla.edu/ En sammansättning av Stephans kvintett, en visuell gruppering av fem galaxer, konstruerad av nästan 1 000 separata bildfiler från James Webb Space Telescope. Astrofysiker vid UCLA tror att om teorierna om kall mörk materia är korrekta, borde Webb-teleskopet hitta små, ljusstarka galaxer i det tidiga universum.

Galaxparet Arp 271 och förvrängningen av gravitation

 

Galaxen NGC 5427 ses  i bilden ovan som är tagen av NASA:s rymdteleskop Hubble. Galaxen ingår i galaxparet Arp 271 dess följeslagare NGC 5426 befinner sig under NGC 5427 och utanför bilden. Effekterna från parets gravitationskrafter är synliga genom  galaxens förvrängning som skapat den kosmiska bron av stjärnor som ses i den nedre högra delen av bilden.

Redan 1785 upptäcktes galaxparet av den brittiske astronomen William Herschel. Arp 271 är låst i en växelverkan galaxerna emellan som kommer att pågå i tiotals miljoner år till. Kanske de slutligen kommer att kollidera och sammanfogas till en enda galax. Men hittills har  deras ömsesidiga gravitationskrafter gett upphov till många nya stjärnor.

Dessa unga stjärnor är synliga i den ljussvaga bron som förbinder de två galaxerna och som ses längst ner i bilden. En sådan bro ger de två galaxerna möjlighet att fortsätta dela på den gas och det stoft som blir till nya stjärnor. Forskare tror att Arp 271 kan fungera som en ritning för vad som sker i den framtida sammanslagning mellan vår Vintergata och vår granne Andromedagalaxen, som förväntas ske om cirka 4 miljarder år.

Bild https://science.nasa.gov/ Galaxen NGC 5427 ses i den stora bilden tagen av Hubbleteleskopet, där markbaserade observationer visar även dess följeslagare NGC 5426. Detta galaxpar kallas Arp 271. Marktagen bild: DECam Victor M. Blanco/CTIO; Hubble-bild: NASA, ESA och R. Foley (University of California – Santa Cruz); Bearbetning: Gladys Kober (NASA/Catholic University of America)

Den hittills mest omfattande studien över långsamt uppbyggande av solstormar

 

Solstormar uppstår när magnetrik energi byggs upp i solens atmosfär och frigörs som elektromagnetisk strålning. Flares varar allt från några minuter till några timmar och når ofta temperaturer runt 999700 Celcius. På grund av sin intensiva elektromagnetiska energi kan solstormar orsaka störningar i radiokommunikation, satelliter i omloppsbana runt jorden och strömavbrott på jorden.

 I en ny artikel i Solar Physics har ett team under ledning av astrofysikdoktorand Aravind Bharathi Valluvan vid UC San Diego, visat att det sker en betydande mängd utbrott av långsamt slag som är värda att studera närmare.

Förhållandet mellan bredd och sönderfall för en flare är den tid det tar att nå maximal intensitet till den tid det tar för energin att avta. Vanligast är att flames tar mer tid  att avta än att stiga. I ett 5-minuters utbrott kan det ta 1 minut att stiga och 4 minuter att försvinna i förhållandet 1:4. I långsamt uppbyggande utbrott kan det förhållandet däremot vara 1:1, med 2,5 minuter att stiga och 2,5 minuter att försvinna.

Valluvan var student vid Indian Institute of Technology Bombay (IITB) när  studien gjordes. Genom att utnyttja den ökade kapaciteten hos Chandrayaan-2 använde IITB-forskarna de första tre årens observerade data för att katalogisera nästan 1400 långsamt stigande utbrott – en dramatisk ökning jämfört med de cirka 100 som tidigare hade observerats under de senaste fyra decennierna. 

Man trodde tidigare att solstormar uppkom som en pisksnärt - som snabbt kastade ut energi innan den långsamt försvann igen. Att nu se långsamt uppbyggande solstormar i stora mängder kan ändra det tänkandet.

"Det finns mer spännande arbete att göra här", beskriver Valluvan som numera arbetar med Steven Boggs, professor i astronomi och astrofysik vid UC San Diego.

 – Vi har identifierat två olika typer av flames men det kan finnas fler. Och hur skiljer sig processerna åt? Vad får dem att stiga och falla i olika takt? Det är något vi måste förstå.

Bild vikipedia, en klass X flare.

Projektet ALMA Survey of Star formation and Evolution of Massive Protoclusters with Blue-profiles (ASSEMBLE)

 

En forskargrupp har startat projektet ALMA Survey of Star formation and Evolution of Massive Protoclusters with Blue-profiles (ASSEMBLE) med syftet att studera stjärnbildning såkallade protostjärnor. Gruppen använde Atacama Large Millimeter/submillimeter Array för att observera 11 massiva stjärnbildningsområden med en djup integration och en stor mosaik. Elva massiva klumpar med ultrakompakta (UC) HII-regioner fungerade som pilotprov. Dessa klumpar tros hysa massiva protohopar i ett sent skede, Dessa protohopar (stjärnhopar av stjärnor under bildande) av 12 massiva stjärnlösa infraröda mörka klumpar hade detekterats i ett annat projekt med beteckningen ALMA Survey of 70-um Dark High-mass Clumps in Early Stages (ASHES).

"Vi är glada över att nu hittat mycket konsekvent vinkelupplösning, känslighet och ett synfält mellan dessa två undersökningar, vilket är det bästa i jämförande studier", säger Xu Fengwei, artikelns försteförfattare.

ASSEMBLE-teamet gjorde här en inventering av 248 täta kärnor i de 11 protohoparna och fann att sena ASSEMBLE-protokluster visar systematisk ökning av tät kärnmassa och ytdensitet jämfört med ASHES-protohopar som visar  tidiga stadier. Teamet fann också en tydlig korrelation i ASSEMBLE-undersökningen mellan klumpmassan och den mest massiva kärnmassan något som inte sågs i ASHES-undersökningen vilket indikerar en samevolution som regleras av kontinuerlig masstillväxt från klump till kärnskala.

Dessutom upptäckte ASSEMBLE-teamet att de täta kärnorna i ASSEMBLE-protohoparna ses ligga betydligt närmare varandra jämfört med i ASHES-protohoparna.

Fyndet ligger i linje med förutsägelserna i en teoretisk dynamisk modell där täta kärnor drivs inåt av gravitationspotentialen hos den massiva moderklumpen samtidigt som det bildas protostjärnor i täta kärnor vilket leder till att gas och stoft värms upp och klumpar övergår till att synas svagt i infrarött ljus. På grund av effekterna av ihållande global gravitationskollaps och kontraktion blir protohopen ännu tätare med mindre kärnseparationer och masssegregationen byggs därefter upp i det sena skedet.

Studien ger en mer omfattande förståelse för den evolutionära banan hos massiva protohopar än tidigare studier gjort. ASSEMBLE-teamet intresserade sig för att fånga varje ögonblick i protohopars liv. Studien genomfördes av forskare från Shanghai Astronomical Observatory of the Chinese Academy of Sciences (CAS), National Astronomical Observatory of CAS, Peking University, Yunnan University, Guangzhou University och andra institutioner.

Resultatet publiceras i The Astrophysical Journal Supplement Series.

Bild https://phys.org/ Presentation av ASSEMBLE-exemplet. Källa: The Astrophysical Journal Supplement Series (2023). DOI: 10.3847/1538-4365/acfee5.

19 närliggande galaxers struktur fotograferade av Webbteleskopet

 

Dessa Webb-bilder ingår i en del av ett stort långvarigt projekt, projektet Physics at High Angular resolution in Nearby GalaxieS (PHANGS). Ett projekt som stöds av mer än 150 astronomer över hela världen. Innan Webbteleskopet tog dessa bilder var PHANGS redan full av data från NASA:s rymdteleskop Hubble, Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope's Multi-Unit Spectroscopic Explorer och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, inklusive observationer i ultraviolett, synligt och radiovågor. Webbs bidrag i kort- och mellaninfrarött ljus har gett än mer.

"Webbs nya bilder är extraordinära", beskriver Janice Lee, projektforskare för strategiska initiativ vid Space Telescope Science Institute i Baltimore.

 – De är häpnadsväckande även för forskare som har studerat samma galaxer i årtionden. Bubblor och filament är upplösta ner till den minsta skalan som någonsin observerats och visar mer av stjärnbildningscykeln.

Spänningen spred sig snabbt i hela teamet när Webb-bilderna strömmade in. "Det känns som om vårt team lever i ett konstant tillstånd av att bli överväldigade – på ett positivt sätt – av mängden detaljer i dessa bilder", tillade Thomas Williams, postdoktoral forskare vid University of Oxford i Storbritannien. 

Se mer och läs mer om dessa bilder ovan här från https://webbtelescope.org