Nog veel onduidelijkheid over de koolstofmonsters die Curiosity in de Gale krater heeft genomen

Een selfie gemaakt door Curiosity bij de Rock Hall plek op Mars. Credit: NASA/Caltech-JPL/MSSS.

NASA’s Curiosity rover rijdt sinds 6 augustus 2012 rond in de Gale krater op Mars en sindsdien heeft hij daar vele malen geboord in het aanwezige sediment en het gruis daarvan geanalyseerd. In die monsters zit koolstof en wel in de vorm van twee stabiele isotopen, koolstof 12 en koolstof 12 (C12 en C13). Die twee komen in het gehele zonnestelsel voor, al sinds de formatie daarvan 4,5 miljard jaar geleden, en ze kunnen de wetenschappers iets leren over de koolstof-cyclus. Bij dat laatste kijken ze naar de verhouding van C12 en C13, want C12 reageert sneller dan C13. Bij de monsters die Curiosity nam kwam hij exemplaren tegen die heel veel C13 bevatten én exemplaren die juist heel weinig C13 bevatten. Een team van onderzoekers onder leiding van Christopher H. House (Penn State University) heeft nu getracht een verklaring te geven voor de monsters op Mars die te weinig C13 bevatten. En dat blijkt niet eenvoudig te zijn, want ze komen met maar liefst drie verklaringen aan, die geen van allen echt overtuigen. Hier de drie mogelijke verklaringen op een rijtje:

  1. Een kosmische stofwolk: volgens House passeert het zonnestelsel iedere paar honderd miljoen jaar een grote moleculaire wolk in de Melkweg. Niet dat die wolk veel stof oplevert, op aarde zien we er bijvoorbeeld weinig van terug in sedimentslagen. Wil de wolk de lage C13 monsters verklaren dan moet de wolk er eerst voor hebben gezorgd dat de temperatuur op Mars daalde en het toen nog aanwezige water (dat o.a. in de Gale krater aanwezig was) ijs werd en er gletsjers ontstonden. Als dan vervolgens het stof op de gletsjers terecht kwam zou dat een sedimentslaag kunnen hebben achtergelaten met daarin weinig C13. Probleem is dat er geen aanwijzingen zijn dat er in de Gale krater gletsjers zijn geweest.
  2. De UV-omzetting van kooldioxide tot organische verbindingen: onder invloed van de ultraviolette straling van de zon kan kooldioxide worden omgezet in organische verbindingen, zoals formaldehyde. Wat je dan krijgt is wat ze fractionering van mengsels noemen en er zijn experimenten die laten zien dat dit inderdaad kan, maar daar is verder nog weinig over bekend. Dit zou verder uitgezocht moeten worden.
  3. Biologisch gecreëerde methaan: op aarde hebben ze ook sedimenten met weinig koolstof 13 gevonden, onder andere in Australië, en daarvan is de bron gelegen in micro-organismen die methaan hebben opgegeten én geproduceerd. Bewijs voor micro-organismen aan het oppervlak van Mars om methaan op te nemen en produceren is er echter niet.

Een voorbeeld van een boorgat, waarin lage hoeveelheden C13 werden aangetroffen. Credit: NASA/Caltech-JPL/MSSS.

Kortom, geen uitsluitsel op dit moment. Curiosity en z’n grotere broer Perseverance in de Jezerokrater moeten nog maar even verder onderzoek doen aan de sedimentslagen in hun buurt. Bron: Phys.org.

Palomar survey laat de impact van de lichtvervuiling van de Starlink satellieten zien

Een foto van M31 gemaakt dor de ZTF, met daarop een spoor van een Starlink satelliet, gemaakt op 19 mei 2021 tijdens de schemering. Credit: Caltech Optical Observatories/IPAC

In 2019 begon SpaceX met de lancering van bosjes Starlink satellieten, die ons vanuit de ruimte van internet moeten gaan voorzien. Inmiddels zijn er bijna 1800 van die satellieten, die op een hoogte van ongeveer 550 km in een LEO-baan (‘Low Earth Orbit’) om de aarde draaien. Eerder liet de astronomische gemeenschap al bezorgde geluiden horen over de impact die de Starlink satellieten hebben op de astrofotografie, want al die satellieten zijn door hun lichtvervuiling zichtbaar op foto’s die vanaf de aarde van hemelobjecten worden gemaakt. Om concreet te maken hoe groot die impact nou precies is hebben sterrenkundigen werkzaam bij de Zwicky Transient Facility (ZTF), een instrument dat gebruikt wordt bij Caltech’s Palomar Observatium vlakbij San Diego de foto’s onderzocht op sporen van de Starlink satellieten.

Met de ZTF maken ze om iedere twee dagen een foto van de gehele hemel, op zoek naar objecten zoals planetoïden die langs de aarde scheren en supernovae. Op foto’s die tussen november 2019 en september 2021 waren genomen zagen ze maar liefst 5.301 sporen van Starlink satellieten. Vooral op foto’s die in de schemering waren gemaakt, bij zonsopkomst of zonsondergang waren er veel sporen zichtbaar. Dát zijn juist de momenten dat men op zoek is naar NEO’s, planetoïden die dichtbij de aarde kunnen komen en die zich op de foto dichtbij de zon ophouden. Leider van het onderzoeksteam, Przemek Mróz (Universiteit van Warschau), zegt dat in 2019 0,5% van alle foto’s vervuild was met sporen van Starlink satellieten, nu is dat opgelopen tot maar liefst 20%. De schade bij de niet-schemering foto’s is minder, maar als later ook andere ondernemingen dan SpaceX internet-satellieten bij bosjes gaan lanceren is de vrees dat ook die last zullen krijgen van de lichtvervuiling.

Lichrvervuiling eerder in beeld gebracht met de Blanco 4m telescoop van het Cerro Tololo Inter-American Observatorium. Credit: NSF’s National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory/CTIO/AURA/DELVE

SpaceX hoopt dat ze in 2027 maar liefst 10.000 van die satellieten in de ruimte hebben. De vrees is dat tegen die tijd álle foto’s die met de ZTF zijn gemaakt minstens één spoor van een Starlink satelliet bevatten. Het is met software wel mogelijk om de sporen te verwijderen en om verwarring met daadwerkelijke NEO’s te voorkomen. Het onderzoek met de ZTF heeft verder laten zien dat de vizieren die SpaceX sinds 2020 op de Starlink satellieten heeft aangebracht geholpen heeft om de lichtvervuiling te verminderen. Door de vizieren is de lichtvervuiling met een factor vijf afgenomen. De schijnbare helderheid van de Starlink satellieten is nu 6,8m, net minder dan wat het menselijk oog op een donkere nacht kan zien. Hier het vakartikel over het ZTF onderzoek aan de impact van de Starlink satellieten, verschenen in The Astrophysical Journal Letters (2022). Bron: Phys.org.

Komende LiteBIRD missie zou zelfs signalen van de inflatie in het vroegste heelal kunnen detecteren

Impressie van zwaartekrachtgolven die de ruimtetijd doen verbuigen. Credit: Kavli IPMU

De Japanse LiteBIRD [1]Dat staat voor de Lite (Light) satellite for the studies of B-mode polarization and Inflation from cosmic background Radiation Detection. missie staat gepland voor lancering in 2028 – oooohhh, nog maar zes jaar wachten – en vanuit Lagrangepunt 2, waar de Webb ruimtetelescoop nu ook onderweg naar toe is, gaat LiteBIRD de polarisatie meten in de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB), de 2,7 K koude straling die het restant is van de hete oerknal. In de allervroegste fase van die hete oerknal vond de zogeheten kosmische inflatie plaats, een zeer kort durende fase waarin het heelal exponentieel expandeerde. Door die inflatie zouden ‘primordiale zwaartekrachtgolven’ zijn gegenereerd, welke in de vorm van polarisatie in de CMB te zien zouden zijn, in theorie tenminste.

De groene lijn toont het zwakste signaal dat LiteBIRD nog kan waarnemen, dus elk waarneembaar signaal moet zich boven die lijn bevinden. De rode en zwarte lijnen zijn de voorspellingen van het team voor twee verschillende specificaties in hun model, wat aangeeft dat detectie mogelijk is, bij een kleine multipole . Daarentegen voorspellen de meer standaard inflatiemodellen die werken met dezelfde energie als het mechanisme van het team de onderste grijze (stippellijn) die onder de gevoeligheidslimiet van LiteBIRD ligt. Credit: Cai et al.

Zou je er inderdaad in slagen om deze zwaartekrachtsgolven te detecteren dan zou je daarmee meer te weten kunnen komen over de energie waarbij de inflatie plaatsvond. De zwaartekrachtgolven zijn namelijk gekoppeld aan hoeveel het inflatieveld, dat is de energiebron van de inflatie, kan veranderen tijdens de inflatie – een relatie die de “Lyth-grens” (Engels: Lyth-bound) wordt genoemd. Recente berekeningen door onderzoekers o.a. van het Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) laten nu zien dat LiteBIRD in staat is om de primordiale zwaartekrachtgolven te detecteren, mits de energie gedurende de inflatieperiode hoog genoeg was (zie de grafiek hierboven). Diverse inflatiemodellen geven aan dat de energie gedurende de inflatie te laag is om detecteerbare zwaartekrachtgolven te produceren, maar het werk van Valeri Vardanyan en z’n collegae laat zien dat er naast de zwaartekrachtgolven vanuit de vacuümfluctuaties in de inflatieperiode nog andere zwaartekrachtgolven van twee andere zogeheten scalarvelden ontstaan en dat die wel degelijk zichtbaar zijn voor LiteBIRD, ook al was de energie gedurende de inflatie laag.

Hier het vakartikel over het onderzoek aan de inflatieperiode en de vooruitzichten voor LiteBIRD, op 15 december j.l. verschenen in Physical Review Letters. Bron: IPMU.

References[+]

References
1 Dat staat voor de Lite (Light) satellite for the studies of B-mode polarization and Inflation from cosmic background Radiation Detection.

De organische moleculen in Marsmeteoriet ALH 84001 zijn niet biologisch van oorsprong

De Allan Hills 84001 meteoriet. Credit: NASA/JSC/Stanford University.

Recent onderzoek aan Allan Hills (ALH) 84001, de 1,93 kg zware meteoriet die in 1984 op de Zuidpool werd ontdekt en die afkomstig is van Mars, laat zien dat de organische moleculen die in de meteoriet zijn aangetroffen géén biologische oorsprong hebben. Andrew Steele (Carnegie Science) en z’n team hebben de meteoriet onderzocht en daaruit komt naar voren dat de organische moleculen gevormd zijn door ‘geochemische’ interacties tussen gesteente en water op Mars. Organische moleculen bevatten koolstof en waterstof, soms ook zuurstof, stikstof, zwavel en andere elementen, en dat zorgt er voor dat ze vaak worden geassocieerd met leven. Maar ze kunnen ook onstaan door andere processen die niets met leven te maken hebben, ‘abiotische organische scheikunde’ zoals ze dat noemen.

Credit: NASA

De meteoriet werd wereldberoemd omdat NASA dacht dat deze meteoriet het bewijs zou zijn voor leven buiten de aarde. De steen kwam 17 miljoen jaar in de ruimte nadat een grote meteoriet een inslag op Mars veroorzaakte en veel puin in de ruimte terecht kwam. Na een lange reis door de ruimte viel de steen vervolgens 13.000 jaar geleden op aarde neer en kwam ‘ie terecht in het ijs van de Zuidpool, waar Roberta Score (Antarctic Meteorite Laboratory at the Johnson Space Center) ‘m vond in 1984. Het team van Steele heeft geavanceerde technieken ingezet om de oorsprong te vinden van de organische moleculen in ALH 84001, zoals isotopische analyses en spectroscopie. Uit het onderzoek komt naar voren dat de organische moleculen het gevolg zijn van twee processen, die zich ook hier op aarde afspelen. Het ene is wat ze ‘serpentinisatie’ noemen, dat plaatsvindt als ijzer- of magnesiumrijke stollingsgesteenten een chemische interactie aangaan met circulerend water, waardoor hun mineralogie verandert en ze waterstof produceren. Het andere is ‘carbonisatie’ – ik heb het niet allemaal verzonnen hoor – en hierbij reageren rotsen en licht zuur (‘acidid’) water, dat opgeloste koolstofdioxide bevat en dat resulteert in de vorming van koolstofhoudende mineralen. Het is niet bekend of deze processen gescheiden van elkaar plaatsvonden of tegelijkertijd. Hier is het vakartikel over het onderzoek aan ALH 84001, verschenen in Science. Bron: Carnegie.

Serie supernovae 14 miljoen jaar geleden veroorzaakte Lokale bel van sterren

Impressie van de lokale bel. Aan de rand zie je stervormingsgebieden. Buiten de bel zijn naburige ‘superbellen’ te zien. Credit: Leah Hustak (STScI)

Het zonnestelsel maakt deel uit van wat sterrenkundigen de Lokale Bubbel of Bel noemen, een hete, vrijwel lege ruimte met een min of meer onregelmatige zandlopervorm, zo’n 1000 lichtjaar in doorsnede. De bel wordt omringd door een dichte schil van neutraal interstellair gas. Aan de randen van de lokale vel bevinden zich duizenden jonge sterren, gegroepeerd in zeven stervormingsgebieden vol moleculaire gaswolken. Recent onderzoek door sterrenkundigen van het Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) en het Space Telescope Science Institute (STScI) laat nu zien dat een serie supernovae die 14 miljoen jaar geleden begon de Lokale bel heeft gevormd.

Dezelfde impressie, maar dan gelabeld en met foto’s van twee van die stervormingsgebieden. Credit: Leah Hustak, ALMA, Giuseppe Donatiello.

Het team van sterrenkundigen, dat onder leiding stond van Catherine Zucker, heeft de ontstaansgeschiedenis van de lokale bel gereconstrueerd en daaruit komt naar voren dat er tussen de 8 en 26 supernovae in de buurt zijn geëxplodeerd – met 15 supernovae als meest waarschijnlijke aantal – en dat die de lokale bel hebben veroorzaakt. De bel groeit nog steeds met een vaartje van zo’n 8 km/s. Zucker’s team vond die expansiesnelheid en de evolutie van de jonge sterren aan de rand van de bel door naar de gegevens te kijken die verzameld zijn door de Europese Gaia satelliet.

Fragment uit de interactieve tool. Credit: Zucker et al 2022.

Toen de eerste van de reeks supernovae 14 miljoen jaar geleden explodeerde bevond de zon zich nog niet in de lokale bel. Pas vijf miljoen jaar geleden kwam de zon met z’n omringende planeten de bel vinden en momenteel staat ‘ie er zo’n beetje middenin. De Melkweg bestaat uit veel van die bellen, die ook wel superbellen worden genoemd en die de Melkweg het karakter van Zwitserse gatenkaas geven. Voorbeeld van de moleculaire gaswolken aan de rand van de lokale bel zijn Orion A en Orion B, deel uitmakend van het Orion Molecular Cloud Complex. Al die supernovae zorgden er voor dat de bel werd schoongeveegd, dat wil zeggen dat ze het interstellaire moleculaire gas naar buiten duwden, waardoor er zich aan de rand van de bel sterren konden vormen.

Deze afbeelding toont de evolutie van de Lokale Bubbel en de opeenvolgende stervorming aan het oppervlak van zijn uitdijende schil. In het midden is het heden. De baan van de zon is weergegeven als de gele stippellijn. 5 Miljoen jaar geleden kwam de zon de Lokale bel binnen. Credit: Zucker et al 2022.

Zucker en haar team hebben alle informatie die ze vonden gestopt in een interactieve website (met hier een andere interactieve tool), waar je een prachtige driedimensionale voorstelling kunt zien van de ontwikkeling van de lokale bel afgelopen 14 miljoen jaar, geheel bestuurbaar door de lezer.

Hier is het vakartikel over het onderzoek aan de Lokale bel, verschenen in Nature. Bron: Phys.org + Universe Today.

De uitbarsting van de vulkaan Hunga Tonga gezien vanuit de ruimte

Credit: NASA (Website) JMA (Satellite)

Op 15 januari barstte Hunga Tonga uit, de vulkaan die 65 km te noorden ligt van Tungatapu, het hoofdeiland van het Koninkrijk Tonga, een land en eilandengroep in Polynesië in de Stille Oceaan. Door de uitbarsting ontstonden tsunami’s, die de kusten van Tonga, Fuji, Nieuw-Zeeland, de Verenigde Staten, Chili en Peru overspoelden. Bij Peru kwamen daardoor twee mensen om het leven. De vulkaan Hunga Tonga (voluit heet ‘ie eigenlijk Hunga Tonga Hunga Ha’apai) was eerder al uitgebarsten, te weten op 20 december 2021, maar na enkele weken (11 januari 2022) werd de vulkaan weer als slapend gezien. Maar drie dagen later was een uitbarsting, gevolgd door een heel grote uitbarsting, die tot in Samoa (840 km verder) te horen was als een luide knal. Zelfs in Nieuw Zeeland en Yukon (Canada) kon men de knal horen. Op 15 januari kon de schokgolf van de eruptie zo rond 20.20 uur in Nederland met barometers worden geregistreerd, zo’n 16.500 km van de Hunga Tonga vandaan (zie de onderste tweet). Hieronder een serie tweets, waarin o.a. te zien is hoe de uitbarsting vanuit de ruimte te zien was.

SpaceX lanceerde 13 januari de DelfiPQ, een mini-satelliet van de TU Delft

Credit: TU Delft

Bij de Transporter-3 satellietlancering van SpaceX op 13 januari 2022 vanuit Cape Canaveral reisde ook een kleine Delftse satelliet mee naar de ruimte. De DelfiPQ is een van de kleinste satellieten ter wereld. Satellietonderzoekers Alessandra Menicucci, Stefano Speretta en Sevket Uludag van de TU Delft ontwierpen en bouwden de satelliet zelf om te kunnen aantonen dat technologie op zo’n kleine schaal daadwerkelijk kan functioneren in de ruimte. Zwermen van deze kleine satellieten zijn beter dan de grote satellieten van nu in staat om de aarde te observeren. Ze kunnen onder meer een belangrijke rol spelen bij het monitoren van klimaatverandering en bij snelle draadloze breedbandverbindingen. Op 14 januari om 11.21 uur Europese tijd is het gelukt om contact te krijgen met de satelliet.

Satellietzwermen goed voor aardobservatie of draadloos breedband
Het belangrijkste voordeel van mini-satellieten, ten opzicht van de traditionele satellieten, is dat ze samen in een zwerm metingen kunnen doen waar grote exemplaren niet toe in staat zijn. Kleine satellieten kosten veel minder, waardoor je er tientallen of zelfs honderden kunt lanceren. Ze kunnen vanaf meerdere locaties waarnemingen doen en gezamenlijk data verzamelen en verwerken. Stefano Speretta, universitair docent Space Systems Engineering: “Zo’n zwerm is ideaal voor aardobservatie, onder meer om klimaatverandering in kaart te brengen.” Satellietzwermen kunnen in de toekomst mogelijk zelfs supersnelle draadloze breedbandverbindingen tot stand brengen.

Een spannende lancering
DelfiPQ is de derde satelliet van de TU Delft die daadwerkelijk naar de ruimte ios gegaan. DelfiC3 was de eerste. Deze satelliet is inmiddels meer dan 12,5 jaar in de ruimte en nog steeds volop levend. DelfiN3xt werd gelanceerd in 2013. Met deze satelliet is het contact recent weer hersteld. Universitair docent en projectleider Alessandra Menicucci: “Of de DelfiPQ ook tot leven komt in de ruimte is het spannendst van alle drie. DelfiPQ is acht keer kleiner is dan zijn broers. En die waren al niet groter dan een melkpak.” Bron: TU Delft.

99,9% van alle massa in het hart van de Melkweg wordt gevormd door Sagittarius A*

Credit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Spaceengine); M. Zamani (NSF’s NOIRLab)

In het hart van ons Melkwegstelsel bevindt zich Sagittarius A* (kortweg Sgr A), het superzware zwarte gat dat een massa heeft van 4,3 miljoen zonsmassa. De  vraag is hoeveel meer materie in de vorm van gas en sterren zich in dat hart bevindt en met behulp van de Gemini North telescoop op Hawaï hebben ze dat nu gemeten. Met de Gemini Near Infrared Spectrograph hebben ze van vier sterren vlakbij Sgr A – te weten S2, S29, S38 en S55 – de snelheid gemeten en vervolgens hebben ze met het SINFONI instrument verbonden aan ESO’s Very Large Telescope Interferometer in Chili de exacte beweging van die vier sterren gemeten, dus waar ze precies heen vliegen. Op basis van al die metingen kwamen Martin Still en z’n collega’s uit op die 99,9%. Hamvraag in deze is uiteraard hoe groot je dan precies dat hart definieert, want hoe verder je van Sgr A* af gaat kijken des te meer materie zal gevormd worden door sterren en gas- en stofwolken in de omgeving. Als criterium namen ze daarvoor de baan van de ster S2, één van de meest nabije sterren tot Sgr A*. Die 99,9% van Sgr A* zit dus binnen de baan van S2.

Hier en daar de vakartikelen over het onderzoek. Bron: NSF.

DESI – nog maar zeven maanden bezig- heeft nu al de grootste 3D-kaart ooit van het heelal gemaakt

Eén plak uit de 3D kaart van DESI. Ieder puntje (het zijn er 400.000) is een sterrenstelsel. De aarde staat in het midden, de verste stelsels aan de rand staan tien miljard lichtjaar ver weg. Credit: D. Schlegel/Berkeley Lab using data from DESI.

Op 17 mei 2021 startte het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) met z’n onderzoek en amper zeven maanden later heeft ‘ie met z’n driedimensionale hemelsurvey al meer sterrenstelsels in kaart gebracht dan alle voorgaande 3D-surveys bij elkaar. November vorig jaar had DESI van 2,5 miljoen sterrenstelsels de roodverschuiving in kaart gebracht en inmiddels is dat al opgelopen tot maar liefst 7,5 miljoen sterrenstelsels! DESI is verbonden aan de Nicholas U. Mayall 4-meter Telescoop van het Kitt Peak National Observatory en hij kan met zijn optische robotgestuurde glasvezels maar liefst 5000 sterrenstelsels tegelijk waarnemen en daarmee houdt hij iedere heldere nacht een derde van de hele sterrenhemel scherp in de gaten. Van de 3D-kaart die DESI nu gemaakt heeft heb ik hieronder een fantastische animatie, schermbreed.

DESI’s driedimensionale “CT-scan” van het heelal. Wij bevinden ons linksonder en kijken meer dan 5 miljard lichtjaar ver in de richting van het sterrenbeeld Maagd (Virgo). Naarmate de video vordert, verschuift het perspectief naar het sterrenbeeld Ossenhoeder (Boötes). Elk gekleurd punt is een sterrenstelsel. De zwaartekracht heeft de sterrenstelsels in een “kosmisch web” van dichte clusters, filamenten en leegten getrokken. Credit: D. Schlegel/Berkeley Lab using data from DESI

De missie van DESI duurt vijf jaar en nu heeft ‘ie er nog maar 10% van zijn doel op zitten. In 2026 willen ze met DESI meer dan 35 miljoen sterrenstelsels driedimensionaal in kaart hebben gebracht. Daarmee willen ze dan meer te weten komen over de donkere energie, de mysterieuze energie die met z’n afstotende werking zorgt voor de versnelling in de uitdijing van het heelal.

(Credit: Jinyi Yang, Steward Observatory/University of Arizona)

DESI kijkt niet alleen maar naar sterrenstelsels, maar ook naar quasars, feitelijk ook sterrenstelsels, maar dan de stelsels die compleet overstraald worden door hun actieve superzware zwarte gat. Aan het einde van de missie hopen ze met DESI maar liefst 2,4 miljoen nieuwe quasars te hebben ontdekt. Eentje die met DESI ontdekt is zie je hierboven, inclusief het spectrum ervan.

Bron: NOIRLab.