De Fermi-gegevens over de hoeveelheid gammastraling vanuit de Melkweg. Credit: Oscar Macias for UCI
Het antwoord op de vraag of het overschot op de hoeveelheid gammastraling vanuit het hart van het Melkwegstelsel komt door donkere materie klinkt als een metronoom: wel – niet – wel – niet – wel – niet…. Het is één van de felle debatten die er in de sterrenkunde heerst. Sinds 2012 heb ik het erover – hier een blog uit die tijd – en telkens gaan de meningen over wat het overschot veroorzaakt heen en weer (als een metronoom, jazeker) tussen annihilerende donkere materie en andere oorzaken, vooral groepen pulsars. De gammasatelliet Fermi heeft dat overschot in 2008 gemeten, een overschot ten opzichte van de hoeveelheid gammastraling die je op theoretische gronden zou verwachten. De laatste stand van de wijzer van de metronoom is dat ‘ie uitslaat naar de andere oorzaken, dus géén donkere materie als oorzaak. Een groep onderzoekers van de Universiteit van Californië in Irvine heeft op grond van analyses van de Fermi-gegevens berekend dat donkere materie de oorzaak niet kan zijn – sterker nog, ze sluiten het in een bepaald massabereik zelfs uit. De alternatieven zijn stervorming, afbuiging van kosmische straling door moleculaire gaswolken en groepen neutronensterren en milli-secondepulsars, die zijn volgens de onderzoekers wel in staat het overschot te produceren. Indien deeltjes donkere materie die elkaar annihileren (d.w.z. vernietigt als ze tegen elkaar botsen) echt gammastraling zouden produceren dan zou dat te zien moeten zijn als een wolk van straling vanuit het Melkwegcentrum met een bijna ronde of elliptische vorm.
Credit: Oscar Macias for UCI
Maar dát heeft Fermi niet waargenomen, die zag straling met een ’tri-axale’ structuur, met een balkvorm erin (zie de afbeelding hierboven). Afijn, nou maar afwachten wanneer de metronoom weer de andere kant uit slaat. Hier het vakartikel over de berekeningen aan de gammastraling vanuit het hart van de Melkweg, verschenen in Physical Review D, 2020; 102. Bron: Science Daily.
Door bestaande radiotelescoopgegevens te combineren met een nieuwe catalogus van sterren zijn sterrenkundigen van de Universiteit van Manchester en van het Breakthrough Listen team er in geslaagd om meer dan 200 keer meer sterren dan ooit tevoren te onderzoeken op signalen van intelligent buitenaards leven. Bij eerdere onderzoeken werden 1327 nabije sterren onderzocht op signalen van intelligent buitenaards leven, maar door gebruik te maken van de gegevens verzameld met de Europese Gaia satelliet, waarmee meer dan een miljard sterren in de Melkweg nauwkeurig is bestudeerd, wist men dat aantal op te schroeven naar maar liefst 288.315 sterren. Die eerste verzameling betrof sterren die maximaal 160 lichtjaar van de aarde verwijderd zijn, maar voor de heranalyse van de SETI-gegevens heeft men de afstand verlengd tot maar liefst 33.000 lichtjaar. Eén van de mogelijke signalen is radiostraling van buitenaardse beschavingen en door die afstand uit te breiden gaat men er wel van uit dat ook het uitzendend vermogen van die beschavingen hoger is. Op basis van de gemaakte heranalyse schat men in dat slechts 0,04% van de sterren planeten hebben met intelligente beschavingen, minstens op het niveau van onze beschaving.
Minder dan één op de 1600 sterren dichterbij de aarde dan ongeveer 330 lichtjaar zenders herbergt volgens de onderzoekers, die onder leiding staan van Mickael Garret (directeur Jodrell Bank observatorium), radiozenders die slechts een paar keer krachtiger zijn dan de sterkste radar die we hier op aarde hebben. Bewoonde werelden met veel krachtigere zenders dan we momenteel kunnen produceren, moeten nog zeldzamer zijn, aldus de onderzoekers. Dit alles moet leiden tot het antwoord op dé vraag die ons al decennia bezig houdt: zijn we alleen?
Hier het vakartikel over de heranalyse van de SETI-gegevens, verschenen in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Bron: Jodrell Bank.
Impressie van de sneeubalaarde. Credit: Wikimedia, Oleg Kuznetsov
Geologen hebben het vermoeden dat de aarde twee keer in haar geschiedenis bijna volledig bedekt is geweest met ijs, de sneeuwbalaarde genoemd. Relatief kort na elkaar in het geologische tijdperk Cambrium zou dit gebeurd zijn, zo’n 700 miljoen jaar geleden. De beide ijstijden zouden gevolgd zijn door een explosie van complexe vormen van bacterieel leven. Lange tijd hebben wetenschappers zich afgevraagd wat de oorzaak is geweest van de twee sneeuwbalaarden. Onderzoekers van het MIT denken nu dat de oorzaak gelegen is in ‘rate-induced glaciations’, anders gezegd dat de aarde in korte tijd te maken kreeg met een afname in de hoeveelheid zonlicht en dat die terugval leidde tot het ontstaan van grote ijstijden. De afname hoeft niet per sé tot een bepaalde drempelwaarde te leiden, maar wel moet de snelheid van de afname sneller gaan dan een bepaalde kritische snelheid. Een afname van 2% in een periode van 10.000 jaar zou voldoende moeten zijn om de vorming van een sneeuwbalaarde voor elkaar te krijgen. De afname hoeft niet gerelateerd te zijn aan de zon, ook oorzaken zoals grote vulkaanuitbarstingen die het zonlicht door hun uitstoot van vulkanische stoffen blokkeren of wolkenvorming door biologische processen kunnen de afname van zonlicht veroorzaken.
credit: MIT
Er moet toen een ‘runaway’ proces opgetreden zijn, waarbij het albedo – het reflecterend vermogen – van het ijs sterk toenam en daardoor de aarde verder afkoelde. Toen de hoeveelheid zonlicht afnam groeiden de poolkappen en nam de hoeveelheid licht reflecterend ijs toe, dat op haar beurt weer leidde tot afname van de temperatuur. Hier het vakartikel over de sneeuwbalaarde, verschenen in Proceedings of the Royal Society A. Bron: MIT.
Met NASA’s InSight houdt men het binnenste van Mars in de gaten met diverse instrumenten, zoals met een in Zwitserland gebouwde seismometer. Maar wat blijkt nu: die meet niet alleen bevingen vanuit het binnenste van Mars, maar ook… zonsverduisteringen! Als het maantje Phobos gezien vanaf de lokatie van Insight op Mars voor de zon langs schuift dan blijkt de lander ietsje te kantelen, niet veel, maar wel meetbaar. Vanaf ieder punt op Mars schuift Phobos ongeveer één keer per jaar voor de zon langs. Op de lokatie van Insight in de regio Elysium Planitia gaat Phobos van west naar oost in ongeveer vijf uur. Als Phobos voor de zon langs schuift gebeurt dat niet één keer, zoals op aarde bij zonsverduisteringen het geval is, maar een tot zeven keer in een tijdsbestek van drie dagen. Als Phobos dat voor de zon langs schuift wordt slechts een klein deel bedekt – totale zonsverduisteringen komen niet voor op Mars – en ze duren slechts 30 seconden. Dat levert niet alleen een korte dip op in de lichtsterkte van de zon, maar zorgt ook voor een tijdelijke daling van de temperatuur, hetgeen eerder al is gemeten op Mars. Maar nu blijkt InSight dus ook vanuit Mars’ binnenste de zonsverduisteringen te kunnen meten.
Impressie van Mars en Phobos. Credit: jihemD/Wikimedia Commons/ CC BY-SA 3.0
In april 2019 was er weer zo’n serie zonsverduisteringen vanuit Elysium Planitia en die bleek zowel door de seismometer als magnetometer te zijn geregistreerd. De seismometer mat een kanteling naar één richting, die zeer klein was (10^-8), vergelijkbaar met een munt die je neerlegt en aan één kant er twee zilveratomen onder doet, zodat ‘ie helt. Men denkt dat het komt omdat de grond door de zonsverduistering ietsje afkoelt en daardoor iets vervormt, hetgeen niet overal even gelijk gaat. Een infrarood sensor van InSight kon meten dat de grond tijdens de zonsverduistering twee graden afkoelde. Het ‘koudefront’ drong hooguit een micro- of millimeter de grond in, maar dat was genoeg om voor de vervorming te zorgen. Zo’n registratie van een zonsverduistering door een seismometer is op aarde ook al eens gedaan, in een verlaten zilvermijn in het Duitse Zwarte woud. Dat ook de magnetometer de zonsverduistering registreerde had een andere oorzaak: door de verduistering nam de hoeveelheid stroom af die de zonnecellen van Insight produceren en die afname werkte door in de magnetometer. De metingen aan de zonsverduistering met de seismometer van InSight wil men gebruiken om meer te weten te komen over de baan van Phobos én over het binnenste van Mars. Bron: Phys.org.
Nieuw onderzoek o.l.v. professor Sarah Seager, planetair wetenschapper aan het MIT en betrokken bij diverse NASA-missies, suggereert dat er een levenscyclus van microben in de zwavelwolken van Venus zou kunnen bestaan waardoor deze kleine organismen miljoenen jaren zouden kunnen overleven. Dat zou een knappe prestatie zijn, want Venus staat niet hoog op de lijst van potentieel bewoonbare planeten. Op Venus heerst een extreem klimaat met een temperatuur van rond de 500 °C, dit gecombineerd met de hoge druk, ruim 90 bar, en de hoge koolstofdioxideconcentratie in de atmosfeer, wordt iedere voor ons bekende vorm van leven op Venus uitgesloten geacht. Echter op zo’n hoogte van 40 tot 60 kilometer boven het oppervlak is de atmosfeer van Venus de meest aardse plek i.v.m. alle andere hemelobjecten in ons zonnestelsel. Daar heeft Venus een luchtdruk van ongeveer 1 bar en temperaturen in het bereik van 0 ° C tot 50 ° C. Nog steeds geen optimale omgeving voor ons maar is er een kans dat er andere soorten leven in deze atmosfeer zouden kunnen bestaan? Het team van Seager e.a. bekeek de mogelijkheid dat microben zouden kunnen leven binnenin de druppels van een zwavelzuurwolk. Het wetenschappelijk artikel van Seager e.a. is recent gepubliceerd in Astrobiology.*
Fragment van de simulatie. Het vierkant rechtsboven is 1 miljoen lichtjaar in doorsnee, linksonder 783 lichtjaar. Credit: Sownak Bose, Center for Astrophysics, Harvard University
Gebruikmakend van computersimulaties hebben sterrenkundigen van de Universiteit van Durham onder leiding van Carlos Frenk en Adrian Jenkins, ingezoomd op de kleinst mogelijke brokken van donkere materie in een virtueel heelal. Met die simulaties hopen ze meer te weten te komen over donkere materie en daarmee het echte ‘spul’ te vinden. Het inzoomen op de donkere materie ging zo ver dat het vergelijkbaar is met het zien van een vlieg op de maan vanaf de aarde. De schaal van de donkere materie in de simulatie varieerde van de halo’s van donkere materie bij de clusters van sterrenstelsels tot brokken donkere materie met de massa van de aarde – tussen de grootste en kleinste schaal zit wel twintig ordes van grootte. Over de gehele schaal is de donkere materie (DM) in staat om door annihilatie van deeltjes en antideeltjes DM gammastraling te produceren, hetgeen waarneembaar zou moeten zijn. De massa van de halo’s van donkere materie rondom de clusters kan wel duizend biljoen keer de massa van de zon zijn. In Nature verscheen aan vakartikel over de simulaties van donkere materie. Dat artikel zit helaas achter een paywall, hier een eerdere versie van het artikel, die wel te lezen valt. Bron: Universiteit van Durham.
De binnenste ring van GW Orionis: model en SPHERE-waarnemingen. Credit: ESO/L. Calçada, Exeter/Kraus et al.
Een team van astronomen heeft het eerste directe bewijs gevonden dat groepjes sterren hun planeet-vormende schijf aan flarden kunnen scheuren. Het resultaat is een kromgetrokken schijf met gekantelde ringen. Dit nieuwe onderzoek wijst erop dat zich in de gekantelde ringen rond meervoudige sterren exotische planeten, vergelijkbaar met Tatooine in de Star Wars-films, kunnen vormen. De resultaten zijn gebaseerd op waarnemingen met de Very Large Telescope (VLT) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) en de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
ALMA- en SPHERE-opnamen van GW Orionis (naast elkaar). Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ESO/Exeter/Kraus et al.
Ons zonnestelsel is opmerkelijk plat: alle planeten cirkelen in hetzelfde vlak om de zon. Maar dat is niet altijd zo – zeker niet bij de planeet-vormende schijven rond meervoudige sterren, zoals het object dat bij dit nieuwe onderzoek is bekeken: GW Orionis. Dit stelsel, op een afstand van iets meer dan 1300 lichtjaar in het sterrenbeeld Orion, bestaat uit drie sterren die omringd zijn door een vervormde, stuk getrokken schijf.
‘Onze beelden tonen een extreem geval waarbij de schijf niet plat is, maar kromgetrokken, en een ring vertoont die zich uit de schijf heeft losgemaakt,’ zegt Stefan Kraus, hoogleraar astrofysica aan de Universiteit van Exeter (VK), die de leiding had over het onderzoek waarvan de resultaten vandaag in het tijdschrift Science zijn verschenen. De gekantelde ring bevindt zich in het binnenste deel van de schijf, nabij de drie sterren.
ALMA- en SPHERE-opnamen van GW Orionis (over elkaar). Credit: ESO/Exeter/Kraus et al., ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Uit het nieuwe onderzoek blijkt ook dat deze binnenste ring 30 aardmassa’s aan stof bevat, wat voldoende zou kunnen zijn voor de vorming van planeten. ‘Planeten die binnen zo’n gekantelde ring ontstaan zullen in sterk gehelde banen om de ster draaien, en we voorspellen dan ook dat bij toekomstige zoekacties naar planeten, bijvoorbeeld met de ELT, tal van planeten in wijde, gekantelde banen ontdekt zullen worden’, zegt teamlid Alexander Kreplin van de Universiteit van Exeter, die daarbij doelt op ESO’s Extremely Large Telescope, die volgens plan later dit decennium in bedrijf zal komen. Omdat meer dan de helft van alle sterren aan de hemel met één of meer begeleiders geboren zijn, zou dit weleens kunnen betekenen dat er een nog onbekende populatie van exoplaneten bestaat die in sterk gekantelde banen en op ruime afstanden om hun ster cirkelen.
Om tot deze conclusies te komen, heeft het team GW Orionis vanaf 2008 regelmatig waargenomen. Daarbij maakten de astronomen gebruik van eerst het AMBER- en later het GRAVITY-instrument van ESO’s VLT Interferometer in Chili, die het licht van verschillende VLT-telescopen combineert, om de zwaartekrachtsdans van de drie sterren in het systeem te onderzoeken en hun omloopbanen in kaart te brengen. ‘We hebben vastgesteld dat de drie sterren niet in hetzelfde vlak bewegen: hun banen zijn gekanteld ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de schijf’, zegt teamlid Alison Young van de Universiteiten van Exeter en Leicester.
GW Orionis in het sterrenbeeld Orion. Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope
De astronomen hebben het stelsel ook waargenomen met het SPHERE-instrument van ESO’s VLT en met ALMA, waar ESO partner in is. Daarmee is het gelukt om een opname te maken die bevestigt dat de binnenste ring gekanteld is. Met ESO’s SPHERE konden ze voor het eerst ook de schaduw zien die deze ring over de rest van de schijf werpt. Op die manier konden ze de driedimensionale vorm van de ring en de allesomvattende schijf reconstrueren.
Vervolgens combineerde het internationale onderzoeksteam, met leden uit het VK, België, Chili, Frankrijk en de VS, hun vele waarnemingen met computersimulaties, om te kunnen begrijpen wat er met het stelsel van GW Orionis is gebeurd. Daarbij zijn ze er voor het eerst in geslaagd om een duidelijk verband te leggen tussen de waargenomen kantelingen en het theoretische ‘schijf-verscheuringseffect’, dat suggereert dat de onderling concurrerende zwaartekrachtsaantrekkingen van sterren in verschillende vlakken ertoe kan leiden dat hun schijven vervormd raken en kapotgaan.
De computersimulaties hebben laten zien dat de verschillende oriëntaties van de banen van de drie sterren ertoe kunnen leiden dat de hen omringende schijf in afzonderlijke ringen uiteenvalt – precies wat de waarnemingen laten zien. De waargenomen vorm van de binnenste ring komt ook overeen met wat numerieke simulaties voorspellen.
Interessant is ook dat een ander onderzoeksteam dat hetzelfde stelsel met ALMA heeft onderzocht denkt dat er nóg een ingrediënt nodig is om het stelsel te kunnen begrijpen. ‘Wij denken dat het uiteenvallen van de schijf alleen verklaarbaar is, als zich een planeet tussen deze ringen bevindt,’ zegt Jiaqing Bi van de Universiteit van Victoria in Canada, die leiding gaf aan een onderzoek van GW Orionis waarvan de resultaten in mei van dit jaar in The Astrophysical Journal Letters zijn gepubliceerd. Zijn team ontdekte drie stofringen in de ALMA-waarnemingen, waarvan de buitenste de grootste is die ooit in een planeet-vormende schijf is waargenomen.
Toekomstige waarnemingen met ESO’s ELT en andere telescopen kunnen astronomen helpen de aard van GW Orionis volledig te ontrafelen en jonge planeten rond zijn drie sterren te ontdekken. Bron: ESO.
In rood het hematiet op de maan. credit: Shuai Li.
Tot verrassing van veel planeetdeskundigen heeft men bij de polen van de maan het geoxideerde ijzermineraal hematiet ontdekt, zeg maar een vorm van roest. Op aarde kennen we geoxideerd ijzer ook wel en dat is logisch, want de aardse atmosfeer bevat veel zuurstof. Maar op de maan is geen zuurstof, dus hoe kan daar dan toch roest zijn? Daar komt bij dat waterstof in de zonnewind ook nog eens oxidatie tegengaat, dus daarom keek men vreemd op bij de detectie van hematiet op de maan. Die detectie is gedaan met de Moon Mineralogy Mapper (M3), een instrument gebouwd door NASA’s JPL, dat meevloog met de Indiase Chandrayaan-1 missie.
Kaart met de locaties van hematiet op de maan, hoe roder des te meer hematiet. credit: Shuai Li
De onderzoekers ontdekten dat het hematiet zich vooral bevindt aan de ‘voorkant’ van de maan, de kant die altijd naar de aarde gericht is. Op de bodems van sommige kraters bij de maanpolen bevindt zich water, maar daar vond men geen hematiet. Daarom denkt men dat het ijzer op de maan geoxideerd is doordat zuurstof vanuit de hogere delen van de aardse atmosfeer op de hogere breedtegraden op de maan is beland. Als de maan zich in de staart van het magneetveld van de aarde bevindt kan zuurstof via de zonnewind op het oppervlak van de maan terecht komen. Dat is al miljarden jaren aan de gang en zodoende kan ijzer er toch oxideren. Bron: Universiteit van Hawaï.
Arianespace heeft op 2 september j.l. vanaf de lanceerbasis Kourou een Europese Vega-draagraket gelanceerd met aan boord maar liefst 53 micro-satellieten. Vele Nederlandse bedrijven waren bij de lancering en de bouw van de satellieten betrokken. Het Nederlandse Cubesatspecialist ISIS, Innovative Solutions in Space, was op meerdere fronten bij deze lancering betrokken. Het bedrijf, gevestigd in Delft, verzorgde de complete satellietlancering voor een aantal klanten, ontwikkelde hardware voor Vega om verschillende satellieten in de juiste baan af te leveren en bouwde ook nog eens drie van de 53 satellieten zelf: Simba, voor het monitoren van de warmtebalans van de aarde; Dido-3, voor onderzoek naar de E-coli bacterie in gewichtloze omstandigheden en een cubesat voor de Thaise luchtmacht. “Dit is de eerste Europese lancering die volledig gewijd is aan kleine satellieten”, zei directeur en oprichter van ISIS Jeroen Rotteveel. “Ik hoop dat we in de toekomst meer van dit soort lanceringen zullen zien, waardoor de toegang tot de ruimte voor kleine satellieten steeds betaalbaarder wordt.” Lees verder →
Fragment uit de simulatie van een snelle formatie van een accretieschijf na een TDE. credit: Jamie Law-Smith and Enrico Ramirez-Ruiz
Dat sterren of planeten soms te dicht bij een zwart gat komen en dan in korte tijd worden verslonden is vaker door sterrenkundigen waargenomen, we noemen die dramatische gebeurtenissen ’tidal disruption events’ (TDE’s). Dat gaat meestal gepaard met een grote uitbarsting van energie van de omringende accretieschijf, meestal in de vorm van optisch licht en UV-straling, soms in de vorm van energierijke röntgenstraling. Soms röntgenstraling, maar niet altijd. De vraag was waarom dat laatste niet altijd het geval is, want bij zo’n gebeurtenis, waarbij in korte tijd een complete zon in een zwart kan kan eindigen, zou je röntgenstraling verwachten. Is het omdat we in plaats van een accretieschijf straling zien van de brokstukken van de uiteengevallen ster en die brokstukken alleen optische en UV-straling uitzenden? Of komt het omdat de TDE leidt tot de snelle vorming van een nieuwe accretieschijf en deze de röntgenstraling blokkeert? Dat laatste idee werd in 2018 geopperd en er werd ook nog een voorspelling aan gekoppeld: als je na een TDE emissie van waterstofgas zou zien met een dubbele lijn in het spectrum dan zou dat wijzen op een pas gevormde roterende accretieschijf. Afijn, de voorspelling is uitgekomen, zo’n dubbele waterstoflijn is waargenomen en wel bij de TDE geheten ‘AT~2018hyz (ASASSN-18zj)’.
Model van de vorming van een accretieschijf bij TDE AT 2018hyz. De röntgenstraling (zwarte pijlen) kunnen alleen via de ‘funnels’ onder en boven wegkomen. credit: Tiara Hung
Het röntgenlicht dat door de TDE geproduceerd wordt is er wel, maar het bereikt ons niet vanwege de dikke ‘optische winden’ van de snel gevormde elliptische accretieschijf. Hier het vakartikel over de waarnemingen aan AT 2018hyz, te verschijnen in The Astrophysical Journal. Bron: UCSC.
