Ett stort rött svart hål i universums första tid

 

En grupp astronomer under ledning av Lukas Furtak och Adi Zitrin vid Ben-Gurion-universitetet i Negev har analyserat bilder tagna med James Webb Space Telescope (JWST) och upptäckt ett rött, gravitationslinsat supermassivt svart hål i universums första tid. Den röda färgen tyder på att det svarta hålet ligger bakom en tjock slöja av stoft som skymmer det svarta hålets sken. Teamet lyckades dock mäta det svarta hålets massa och upptäckte att det var betydligt mer massivt, jämfört med den galax massa vari det fanns.

Teamet samlade därefter in JWST/NIRSpec-data från de tre bilder de tagit av den "röda pricken" och analyserade den insamlade datan. "Spektrat var häpnadsväckande", beskriver professor Ivo Labbé, från Swinburne University of Technology en av ledarna för UNCOVER-programmet. 

 "Genom att kombinera signalen från de tre bilderna tillsammans med linsförstoring motsvarar det resulterande spektrumet ~1700 observationstimmar av JWST på ett olinsat objekt vilket gör det till det djupaste spektrum JWST har tagit av ett enskilt objekt i det tidiga universum." Beskriver professor Ivo Labbé.– Med hjälp av spektrat lyckades vi inte bara bekräfta att det röda kompakta objektet var ett supermassivt svart hål och mäta dess exakta rödförskjutning utan också få en solid uppskattning av dess massa utifrån bredden på dess emissionslinjer, beskriver huvudförfattaren Dr. Furtak.

Gas kretsar i det svarta hålets gravitationsfält och uppnår här mycket höga hastigheter som inte ses i andra delar av galaxen. På grund av dopplerförskjutning är ljuset som sänds ut av det växande materialet rödförskjutet på ena sidan och blåförskjutet på andra sidan, beroende på dess hastighet. Det gör att emissionslinjerna i spektrumet blir bredare.

Mätresultatet ledde till ännu en överraskning: Det svarta hålets massa verkar överdrivet hög jämfört med galaxens massa.

Allt ljus i galaxen måste rymmas i ett litet område som är lika stort som en nutida stjärnhop. Källans gravitationslinsförstoring gav oss gränser för storleken. Även om man packar in alla möjliga stjärnor i ett så litet område blir det svarta hålet minst 1 procent av systemets totala massa, beskriver professor Jenny Greene vid Princeton University och en av huvudförfattarna till den nya artikeln.

Faktum är att flera andra supermassiva svarta hål i det tidiga universum nu har visat sig uppvisa ett liknande beteende vilket har lett till en del spännande bilder av svarta hål och deras galaxers tillväxt och samspelet mellan dem vilket ännu inte är helt klarlagt.

Astronomer vet inte om sådana supermassiva svarta hål växer till exempel från stjärnrester eller kanske från material som direkt kollapsade till svarta hål i det tidiga universum.

Kanske de svarta hålen fanns innan BigBang eller var endast ett och anledningen till BigBang (min tanke).

Bild https://phys.org/news  Upphovsman: CC0 Public Domain

Metalliskt ärr upptäckt på en vit dvärgstjärna

 

En del vita dvärgstjärnor är svalnande rester av stjärnor likt vår sol en gång blir efter att ha svällt upp till röda jättar och dragit till sig delar av sitt planetsystem (för jordens del är detta ödet av utplåning). En ny upptäckt visar att stjärnors magnetfält spelar en nyckelroll i denna process och kan resultera i en ärrbildning på den vita dvärgens yta” beskriver Stefano Bagnulo, astronom vid Armagh Observatory and Planetarium på Nordirland, Storbritannien och huvudförfattare till studien om fenomenet.

Ärret som forskargruppen observerade visade sig innehålla en koncentration av metaller på den vita dvärgens yta. Den vita dvärgen där fenomenet upptäcktes är den vita dvärgstjärnan WD 0816-310 ( som finns 63 ljusår från oss i riktning mot stjärnbilden Akterskeppet) och som liknade vår sol utöver att den var aningen större.

"Vi har visat att dessa metaller härrör från en fast kropp som var minst lika stor som Vesta som har en diameter av cirka 500 kilometer och är den näst största asteroiden i vårt solsystem" beskriver Jay Farihi, professor vid University College London, Storbritannien och är medförfattare till studien. 

Forskarna noterade att styrkan hos metallsignalen varierade under stjärnans roterade vilket tyder på att metallerna är koncentrerade i ett specifikt område på den vita dvärgens yta snarare än utspridda över den vita dvärgen. De fann också att dessa variationer var synkroniserade med förändringar i den vita dvärgens magnetfält vilket indikerar att metallärret sammanfaller med en av stjärnans magnetiska poler. Tillsammans pekar dessa ledtrådar på att magnetfältet bidrog till att dra metallerna till stjärnan vilket skapade ärret.

För att kunna dra dessa slutsatser använde forskargruppen (FORS2), ett instrument på VLT (very large teleskope) som har liknats vid en schweizerkniv. Instrumentet gjorde det möjligt att upptäcka metallärret och koppla det till stjärnans magnetfält. I studien utnyttjade forskarna även arkivdata från VLT-instrumentet X-shooter för att bekräfta sitt fynd.

Bild https://www.eso.org/public/sweden fritt citat "När en stjärna som vår sol når slutet av sin existens kan den sluka de omgivande planeterna och asteroiderna som finns i dess uppsvällandeväg då den sväller upp till en röd jätte. Med hjälp av Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope (ESO:s VLT) i Chile, har nu forskare för första gången funnit en unik signatur från denna process – ett ärr inpräntat på ytan av en vit dvärgstjärna. Efter uppsvällandet till röd jätte dras slocknande stjärnor samman till en vit dvärgstjärna. Resultaten av studien ovan publicerades i dagarna i The Astrophysical Journal Letters" slut citat.

Vattens kretslopp i en protoplanetär skiva i Orionnebulosan

 

Vatten är en viktig ingrediens för uppkomsten av liv som vi förstår det. På jorden bildades det mesta av vattnet som nu finns i haven långt före solsystemets uppkomst i kalla områden i den interstellära rymden där en temperatur av -250 °C råder. En del av detta vatten kan ha förstörts och återbildats vid högre temperaturer (100-500 °C) när solsystemet fortfarande bara bestod av en protoplanetär skiva bestående av gas och stoft som kretsade kring vår unga sol som var under bildning.

Ett internationellt forskarlag där bland andra de västerländska astrofysikerna Els Peeters och Jan Cami ingick har upptäckt att en stor mängd vatten har förstörts och återbildats i en protoplanetär skiva i centrum av Orionnebulosan.

Upptäckten gjordes genom ett originellt tvärvetenskapligt tillvägagångssätt som kombinerar observationer från James Webb Space Telescope (JWST) och kvantfysikberäkningar.

"Det är så imponerande att vi på bara några pixlar av observationerna och genom att fokusera på några av linjerna kan räkna ut att ett helt hav av vatten avdunstar varje månad", beskriver Peeters, en av huvudforskarna för PDRs4All och fakultetsmedlem vid Western's Institute for Earth and Space Exploration.

För att förstå denna gåtfulla återvinning av vatten riktades det internationella astronomiteamet JWST mot "d203-506", en protoplanetär skiva som finns i Orionnebulosan. Det visade sig att den intensiva ultravioletta strålningen som produceras av massiva stjärnor leder till att vatten i d203-506 förstörs och återbildas vilket gör skivan till ett interstellärt laboratorium.

Ett samarbete med experter på kvantdynamik från Madrid Deep Space Communications Complex (Spanien) och Leidenobservatoriet (Nederländerna) blev nyckeln till att förstå hur bildandet och förstörelsen av molekyler som finns mer än 1 000 ljusår bort kunde observeras.

När vatten förstörs av ultraviolett ljus frigörs en hydroxylmolekyl, följt av en emission av fotoner och kan som upptäcktas av JWST (James Webbteleskopet). Totalt uppskattas det att vatten motsvarande alla jordens hav förstörs och återbildas i d203-506-skivan varje månad.

Men det slutar inte där. Genom en liknande mekanism avslöjar JWST att hydroxyl som är en viktig mellanprodukt i bildandet av vatten också produceras i överflöd här av atomärt syre. En del av det vatten som utgör jordens hav kan ha gått igenom en cykel likt ovan.

Studien, som är en del av PDRs4All Early Release Science-programmet leds av doktoranden Marion Zannese vid University Paris-Saclay, publicerades i dagarna i Nature Astronomy.

Bild vikipedia. Orionnebulosan fotograferad i synligt ljus.

Webbteleskopet har hittat en neutronstjärna i resterna av en supernova

 

SN 1987A är en supernova i utkanten av Tarantelnebulosan i det Stora Magellanska molnet(en närbelägen dvärggalax till oss). Supernovan inträffade ungefär 51,4 kiloparsek (drygt 168 000 ljusår)  bort från jorden och var möjlig att se utan teleskop. Den kunde ses från hela södra halvklotet och från norra halvklotet söder om den tjugonde breddgraden. Det var den närmsta supernovan sedan SN 1604, som inträffade i själva vintergatan. Ljuset från SN1987A nådde jorden den 23 februari 1987.

Indirekta bevis för närvaron av en neutronstjärna i mitten av resterna av supernovan har nu upptäckts. Observationer av mycket äldre supernovarester – som Krabbnebulosan – visar att neutronstjärnor finns i flera supernovarester. Inga direkta bevis för en neutronstjärna i efterdyningarna av SN 1987A  har dock observerats.

Claes Fransson vid Stockholms universitet och studiens huvudförfattare, förklarar: "Från teoretiska modeller av SN 1987A antydde det 10 sekunder långa utbrottet av neutriner som observerades strax före supernovan att en neutronstjärna eller ett svart hål bildades i själva explosionen. Men det finns inga säkra bevis för detta.

Webb påbörjade  observationer av SN 1987A  i juli 16 juli 2022.

Teamet använde sig av Medium Resolution Spectrograph (MRS) ur  Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument) som medlemmar i teamet hjälpt till att utveckla. MRS är en typ av instrument som kallas Integral Field Unit (IFU).

IFU:er kan avbilda ett objekt och ta ett spektrum av det samtidigt. En IFU bildar ett spektrum vid varje pixel vilket gör det möjligt för observatören att se spektroskopiska skillnader över hela objektet. Analys av dopplerförskjutning av varje spektrum gör det också möjligt att utvärdera hastigheten vid varje position.

Resultatet av spektralanalysen  visade en stark signal av joniserat argon i centrumav det utkastade materialet som omger den ursprungliga platsen för SN 1987A. Efterföljande observationer med Webbs NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) IFU på kortare våglängder fann flera tungt joniserade kemiska grundämnen speciellt fem gånger joniserat argon (vilket betyder argonatomer som har förlorat fem av sina 18 elektroner). Joner av detta slag kräver högenergirika fotoner för att bildas och dessa fotoner måste komma någonstans ifrån.

"För att skapa dessa joner som vi observerade var det tydligt att det måste finnas en källa till högenergirik strålning i mitten av SN 1987A-resteerna", beskriver Fransson. Fler observationer är planerade under 2024 med Webbteleskopet och markbaserade teleskop. Forskargruppen hoppas att den pågående studien ska ge mer klarhet av exakt vad som sker i centrum av SN 1987A. Dessa observationer kommer förhoppningsvis att stimulera utvecklingen av mer detaljerade datamodeller vilket i slutändan kommer att göra det möjligt för astronomer att bättre förstå inte bara SN 1987A, utan fler supernovor som kollapsat i kärnan.

Resultaten av upptäckten har publicerats i tidskriften Science.

Bild vikipedia som visar ringarna runt SN 1987A och den utslungade massan från supernovautbrottet från centrum av den inre ringen.

Den minsta stjärnan som observerats ingår i ett annorlunda dubbelstjärnsystem

 

Ett stort internationellt team av astronomer har nyligen upptäckt den minsta stjärnan som ingår i ett dubbelstjärnsystem med en större stjärna. Ny forskning har visat att heta gula subdvärgstjärnor är de minst kända typerna av stjärnor – de förbränner helium i och finns vanligtvis i galaktiska stjärngrupper. Något som förfalskar tidigare teorier som föreslagit att röda dvärgstjärnor är den minsta typen av stjärna.

I den nya studien beskrivs  att den  heta subdvärgen, Stjärnan J0526B  ingår i ett dubbelstjärnsystem tillsammans med den större vita dvärgstjärnan J0526. Stjärnsystemet finns 2760 ljusår från jorden.

Den mindre stjärnan är ungefär sju gånger större än jorden vilket innebär att den är mindre än Saturnus. Dess yttemperatur är cirka 2 226 °C. Den kretsar ett varv runt den större vita dvärgen på ungefär 20 minuter vilket är den kortast kända dubbelstjärnbanan. På grund av dess unika egenskaper kan den större vita dvärgen inte ses men forskarna bekräftade att den fanns där genom att notera deformationer i den mindre stjärnans omloppsbana.

Upptäckten av dubbelstjärnsystemet bekräftar en teori som utvecklades av ett kinesiskt forskarlag för mer än 20 år sedan. Teorin att det borde vara möjligt för små stjärnor att existera i dubbelstjärnsystem.

J0526-systemet observerades först av forskare vid Tsinghua University-Ma Huateng Telescope for Survey i Kina. Ytterligare studier av systemet gjordes med hjälp av data från andra teleskop runt om i världen med större teleskop vilket gjorde det möjligt att bekräfta systemets existens, dess stjärnmedlemmar och egenskaperna hos båda stjärnorna.

En artikel om fyndet är publicerad i tidskriften Nature Astronomy.

Bild vikipedia fotografi taget med Rymdteleskopet Hubble visar Sirius A och dess lilla kompanjon Sirius B (den ljusa fläcken nere till vänster). OBS detta är ett exempel på dubbelstjärna men beskriver inte ovan inläggs dubbelstjärnsystemet J0526 som jag ej lyckats hitta en bild på.

Radcliffevågen

 

2018 var året då professorn João Alves vid universitetet i Wien var stipendiat vid Radcliffe och arbetade tillsammans med forskaren Catherine Zucker vid Center for Astrophysics då doktorand vid Harvard och Alyssa Goodman, Robert Wheeler Willson-professor i tillämpad astronomi för att kartlägga 3D-positionerna där stjärnor bildas i solens nära grannskap. Genom att kombinera helt nya data från Europeiska rymdorganisationen ESA:s Gaia-uppdrag med en datastark teknik som kallas "3D Dust Mapping" vilken Harvardprofessorn Doug Finkbeiner och hans team var först med att använda upptäcktes ett mönster vilket ledde till upptäckten av Radcliffevågen 2020.

"Det är den största sammanhängande strukturen  vi känner till och den finns nära oss", beskriver Zucker som beskriver upptäckten i ett arbete publicerat i en artikel i Sky & Telescope. Strukturen var okänd tills det konstruerades högupplösta datamodeller som visade fördelningen av gasmoln nära solen, i 3D.

2020 års 3D-stoftkarta visade då tydligt att Radcliffevågen existerade men vid den tiden var inga mätningar tillräckligt noggranna för att se om vågen rörde sig.

2022 fanns  ny version av Gaia-data  och då upptäckte Alves grupp 3D-rörelser i de unga stjärnhoparna som befann sig i vågen. Ur  hoparnas positioner och rörelser kunde Konietzka, Goodman, Zucker med medarbetare fastställa att hela strukturen är böljande och rör sig som vad fysiker kallar en "resande våg".

En rörlig våg av samma slag som vi ser på en idrottsarena när människor ställer sig upp och sätter sig ner i följd för att "göra vågen". På samma sätt rör sig stjärnhoparna längs Radcliffevågen upp och ner vilket skapar ett mönster därute utefter vintergatans gravitation, beskriver Konietzka.

Genom att förstå beteendet hos denna 9 000 ljusår långa vågstruktur, 500 ljusår från solen vid dess närmaste punkt kan forskarna nu rikta sin uppmärksamhet till  frågan vad som orsakade Radcliffevågen och varför den rör sig som den gör.

Teorin sträcker sig från explosioner av massiva stjärnor (supernovor) till störningar utanför Vintergatan ex om en dvärgsatellitgalax  kolliderar med Vintergatan tillägger Konietzka.

Upptäckten av oscillationen väcker nu frågan om det finns fler eller liknande  vågstrukturer i Vintergatan och andra galaxer. Då Radcliffevågen finns i den närmaste spiralarmen i Vintergatan kan vågens böljande antyda att galaxernas spiralarmar oscillerar i allmänhet, vilket gör galaxerna ännu mer dynamisk än man ansett.

– Frågan är vad som  gav upphov till vågen? beskriver Goodman. "Och om det händer i hela galaxen? I alla galaxer? Händer det ibland? Händer det hela tiden?"

Frågor och gåtor utan svar just nu.

Bild https://news.harvard.edu/ Upphovsman: Ralf Konietzka, Alyssa Goodman och WorldWide Telescope

Kuiperbältet kan vara större än vi trott

 

Kuiperbältet är ett bälte bestående av en stor mängd små himlakroppar i bana runt solen beläget bortom Neptunus bana ca 20 astronomiska enheter utåt från solen. Det har uppskattats att det finns åtminstone 70 000 så kallade transneptuner (TNO dvärgplaneter,asteroider mm bortom Neptunus ) med en diameter större än 100 kilometer i detta bälte, men mestadels består det av mindre asteroider. Pluto ingår i Kuiperbältet.

Sonden New Horizons med sitt instrument Venetia Burney Student Dust Counter (SDC) rusar genom Kuiperbältets ytterkanter och befinner sig nu 60 gånger längre bort från solen än jorden och upptäcker här oväntat högre nivåer av stoft än väntat. Små frusna rester av kollisioner mellan större objekt i Kuiperbältet och partiklar som kastas ut ur Kuiperbältet och som peppras av mikroskopiskt stoft från utsidan av solsystemet. New Horizons är den obemannad rymdsond som NASA sände iväg mot Pluto och dess månar och andra himlakroppar i Kuiperbältet. Resan startade med hjälp av en Atlas V-bärraket, den 19 januari 2006 från Cape Canaveral Air Force Station, Florida i USA och passerade Pluto den 14 juli 2015 och har sedan dess fortsatt ut i Kupierbältet.

Avläsningarna nyligen trotsar den vetenskapliga modell som säger att densiteten av stoft borde ha börjat minska en miljard kilometer ut i bältet där sonden nu finns men en växande mängd bevis tyder på att den yttre kanten av Kuiperbältet kan sträcka sig miljarder kilometer längre ut än nuvarande uppskattningar – eller att det till och med kan finnas ett andra bälte bortom Kuiperbältet.

Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) i Laurel, Maryland, har byggt och driver rymdfarkosten New Horizons och sköter uppdraget för NASA:s Science Mission Directorate. Southwest Research Institute. De finns i San Antonio och Boulder, Colorado, ledare i forskningen är Alan Stern. New Horizons är en del av NASA:s New Frontiers-program, som drivs av NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama.

Resultaten som nu kommit publicerades i Astrophysical Journal Letters den 1 februari.

Bild vikipedia En konstnärs version av Kuiperbältet och Oorts kometmoln.