Astronomie

Quel pourcentage de l'hydrogène aujourd'hui n'a jamais été dans une étoile

Quel pourcentage de l'hydrogène aujourd'hui n'a jamais été dans une étoile


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Il va de soi qu'une partie de l'hydrogène et de l'hélium qui se sont formés directement à la suite du big bang n'est peut-être jamais tombée dans une étoile pour être rééjectée lorsque cette étoile explose. Ma question est, compte tenu de la meilleure théorie, quel pourcentage de cette matière a réussi à dériver sans être aspiré dans une étoile. Avons-nous une idée?


Environ 70% de la matière baryonique de l'univers est de l'hydrogène, avec une densité moyenne d'environ 4$x 10^{-29}$ kg/m$^3$.

La plupart des étoiles qui sont jamais nées sont encore en vie, car une étoile moyenne ne coûte que 0,25 M$ environ et a une durée de vie beaucoup plus longue que l'âge de l'univers (donc très peu de matière a été recyclée).

Si nous supposons qu'il y a 10^{22}$ étoiles de 0,25 M$_{odot}$ dans un univers observable de rayon 47 milliards d'années-lumière, soit 70% H en masse, l'hydrogène "stellaire" n'est qu'une partie sur 73 .

Ainsi, il n'y a qu'un seul noyau d'hydrogène (un proton) dans une étoile pour 73 dans l'univers. Ce rapport aurait été plus petit dans le passé (par exemple quand le Soleil est né). Mais comme je l'ai mentionné, la majeure partie de cet hydrogène (environ 90 %) se trouve dans des étoiles qui vivent plus longtemps que l'univers. Par conséquent, mon estimation très approximative est qu'environ 1 atome d'hydrogène sur 1000 sur Terre a été à l'intérieur d'une étoile. Cela contraste nettement avec le fait que 100% des atomes de carbone et d'oxygène se trouvent à l'intérieur d'une étoile.

EDIT : Pour être juste, ce calcul dépend beaucoup du nombre d'étoiles dans l'univers observable. Ce nombre est très incertain et pourrait être plus élevé - peut-être 10 $^{23}$ (voir ici), auquel cas mes chiffres sont quelque peu pessimistes et cela pourrait ressembler davantage à 1 atome H sur 7 est à l'intérieur d'une étoile et 1 atome H dans environ 100 sur Terre étaient à l'intérieur d'une étoile. Cependant, je ne pense pas qu'il y ait un argument selon lequel la majorité de l'hydrogène dans l'univers n'est pas, et n'a jamais été, dans une étoile, mais que ce soit 90% ou 99% est toujours discutable.


Hubble observe une star unique en son genre surnommée ‘Nasty 1’

Cette illustration d'artiste révèle un vaste disque de gaz entourant une étoile Wolf-Rayet massive et brillante connue sous son nom de catalogue de NaSt1. Une étoile proche tire du gaz du Wolf-Rayet, illustré par le pont de matière brillante reliant les deux étoiles. Cet acte de cannibalisme céleste expose le noyau d'hélium chaud de l'étoile massive. Une partie de la matière, cependant, s'échappe dans l'espace, formant l'énorme disque. Cette structure de disque n'a encore jamais été vue autour d'une étoile Wolf-Rayet. Crédit image : NASA, ESA et G. Bacon (STScI). Les astronomes utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA ont découvert de nouveaux indices surprenants sur une étoile lourde et vieillissante dont le comportement n'a jamais été vu auparavant dans notre galaxie de la Voie lactée. En fait, l'étoile est si étrange que les astronomes l'ont surnommée “Nasty 1,” un jeu sur son nom de catalogue de NaSt1. L'étoile peut représenter une brève étape transitoire dans l'évolution des étoiles extrêmement massives.

Découverte pour la première fois il y a plusieurs décennies, Nasty 1 a été identifiée comme une étoile Wolf-Rayet, une étoile en évolution rapide qui est beaucoup plus massive que notre Soleil. L'étoile perd rapidement ses couches externes remplies d'hydrogène, exposant son noyau brûlant d'hélium extrêmement chaud et extrêmement brillant.

Mais Nasty 1 ne ressemble pas à une star typique de Wolf-Rayet. Les astronomes utilisant Hubble s'attendaient à voir des lobes jumeaux de gaz s'écouler des côtés opposés de l'étoile, peut-être similaires à ceux émanant de l'étoile massive Eta Carinae, qui est un candidat Wolf-Rayet. Au lieu de cela, Hubble a révélé un disque de gaz en forme de crêpe encerclant l'étoile. Le vaste disque mesure près de 2 000 milliards de kilomètres de large et s'est peut-être formé à partir d'une étoile compagnon invisible qui a grignoté l'enveloppe extérieure du Wolf-Rayet nouvellement formé. D'après les estimations actuelles, la nébuleuse entourant les étoiles n'a que quelques milliers d'années et se situe à près de 3 000 années-lumière de la Terre.

"Nous étions ravis de voir cette structure en forme de disque, car elle pourrait être la preuve qu'une étoile Wolf-Rayet se forme à partir d'une interaction binaire", a déclaré le responsable de l'étude Jon Mauerhan de l'Université de Californie à Berkeley. "Il y a très peu d'exemples dans la galaxie de ce processus en action car cette phase est de courte durée, ne dure peut-être que cent mille ans, alors que l'échelle de temps sur laquelle un disque résultant est visible pourrait n'être que de dix mille ans ou moins. ”

Selon le scénario de l'équipe, une étoile massive évolue très rapidement, et lorsqu'elle commence à manquer d'hydrogène, elle gonfle. Son enveloppe d'hydrogène externe devient plus lâche et vulnérable à l'effraction gravitationnelle, ou à un type de cannibalisme stellaire, par l'étoile compagne voisine. Au cours de ce processus, l'étoile la plus compacte finit par gagner de la masse et l'étoile massive d'origine perd son enveloppe d'hydrogène, exposant son noyau d'hélium pour devenir une étoile Wolf-Rayet.

Une autre façon dont les étoiles Wolf-Rayet se forment est lorsqu'une étoile massive éjecte sa propre enveloppe d'hydrogène dans un fort vent stellaire ruisselant de particules chargées. Le modèle d'interaction binaire où une étoile compagne est présente gagne du terrain parce que les astronomes se rendent compte qu'au moins 70 pour cent des étoiles massives sont membres de systèmes d'étoiles doubles. La perte de masse directe à elle seule ne peut pas non plus expliquer le nombre d'étoiles Wolf-Rayet par rapport à d'autres étoiles massives moins évoluées dans la galaxie.

"Nous constatons qu'il est difficile de former toutes les étoiles Wolf-Rayet que nous observons par le mécanisme du vent traditionnel, car la perte de masse n'est pas aussi forte qu'on le pensait", a déclaré Nathan Smith de l'Université de Arizona à Tucson, qui est co-auteur du nouvel article NaSt1. "L'échange de masse dans les systèmes binaires semble être vital pour expliquer les étoiles Wolf-Rayet et les supernovae qu'elles produisent, et la capture d'étoiles binaires dans cette phase de courte durée nous aidera à comprendre ce processus."

Mais le processus de transfert de masse dans les systèmes binaires gigantesques n'est pas toujours efficace. Une partie de la matière dépouillée peut se répandre lors de la lutte gravitationnelle dynamique entre les étoiles, créant un disque autour du binaire. "C'est ce que nous pensons qui se passe dans Nasty 1,", a déclaré Mauerhan. « Nous pensons qu'il y a une étoile Wolf-Rayet enfouie à l'intérieur de la nébuleuse, et nous pensons que la nébuleuse est créée par ce processus de transfert de masse. Donc, ce type de cannibalisme stellaire bâclé fait de Nasty 1 un surnom plutôt approprié. Cette image en lumière visible prise par le télescope spatial Hubble de la NASA révèle un disque de gaz en forme de crêpe autour de « Nasty 1 » brillant dans la lumière d'azote ionisé. Le nœud à gauche du centre est un bloc de gaz inhabituellement brillant. La vaste structure mesure près de 2 000 milliards de kilomètres de large et le système Nasty 1 pourrait se trouver à 3 000 années-lumière de la Terre. Crédit image : NASA, ESA et J. Mauerhan (Université de Californie, Berkeley). Une animation d'Ade Ashford. Le nom du catalogue de l'étoile, NaSt1, est dérivé des deux premières lettres de chacun des deux astronomes qui l'ont découverte en 1963, Jason Nassau et Charles Stephenson.

Voir le système Nasty 1 n'a pas été facile. Le système est tellement recouvert de gaz et de poussière qu'il bloque même la vue de Hubble sur les étoiles. L'équipe de Mauerhan ne peut donc pas mesurer la masse de chaque étoile, la distance qui les sépare ou la quantité de matière déversée sur l'étoile compagne.

Les observations précédentes de Nasty 1 ont fourni quelques informations sur le gaz dans le disque. Le matériau, par exemple, se déplace à environ 22 000 miles par heure dans la nébuleuse externe, plus lentement que des étoiles similaires. La vitesse relativement lente indique que l'étoile a expulsé son matériau lors d'un événement moins violent que les explosions explosives d'Eta Carinae, où le gaz parcourt des centaines de milliers de kilomètres à l'heure.

Nasty 1 peut également se débarrasser de la matière sporadiquement. Des études antérieures en lumière infrarouge ont montré des preuves d'une poche compacte de poussière chaude très proche des étoiles centrales. Des observations récentes de Mauerhan et de ses collègues de l'Université de l'Arizona, à l'aide du télescope Magellan de l'observatoire de Las Campanas au Chili, ont résolu une plus grande poche de poussière plus froide qui pourrait diffuser indirectement la lumière des étoiles centrales. La présence de poussière chaude implique qu'elle s'est formée très récemment, peut-être par poussées, car la matière chimiquement enrichie des deux vents stellaires entre en collision à différents points, se mélange, s'écoule et se refroidit. Des changements sporadiques dans la force du vent ou la vitesse à laquelle l'étoile compagne retire l'enveloppe d'hydrogène de l'étoile principale pourraient également expliquer la structure agglutinée et les lacunes observées plus loin dans le disque.

Pour mesurer les vents hypersoniques de chaque étoile, les astronomes se sont tournés vers l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA. Les observations ont révélé un plasma brûlant, indiquant que les vents des deux étoiles entrent en collision, créant des chocs à haute énergie qui brillent dans les rayons X. Ces résultats sont cohérents avec ce que les astronomes ont observé à partir d'autres systèmes Wolf-Rayet.

L'activité chaotique de transfert de masse prendra fin lorsque l'étoile Wolf-Rayet sera à court de matériel. Finalement, le gaz dans le disque se dissipera, offrant une vue claire du système binaire.

"Le chemin évolutif que prendra l'étoile est incertain, mais ce ne sera certainement pas ennuyeux", a déclaré Mauerhan. “Nasty 1 pourrait évoluer vers un autre système de type Eta Carinae. Pour effectuer cette transformation, l'étoile compagne qui gagne en masse pourrait connaître une éruption géante en raison d'une certaine instabilité liée à l'acquisition de matière du Wolf-Rayet nouvellement formé. Ou, le Wolf-Rayet pourrait exploser en supernova. Une fusion stellaire est un autre résultat potentiel, en fonction de l'évolution orbitale du système. L'avenir pourrait être plein de toutes sortes de possibilités exotiques selon qu'il explose ou combien de temps le transfert de masse se produit, et combien de temps il vit après la fin du transfert de masse.


Nasty 1 : Hubble découvre de nouveaux indices surprenants sur l'étoile unique de Wolf-Rayet

Les astronomes utilisant la Wide Field Camera 3 du télescope spatial Hubble de la NASA ont découvert un disque de gaz en forme de crêpe autour d'une étoile extrêmement brillante dans la Voie lactée. L'étoile est surnommée "Nasty 1", dérivé de son nom de catalogue de NaSt1.

Cette illustration révèle un vaste disque de gaz entourant l'étoile Wolf-Rayet Nasty 1, représentée au centre. Une étoile proche tire du gaz de l'étoile, illustré par le pont de matière brillante reliant les deux étoiles. Cet acte de cannibalisme céleste expose le noyau d'hélium chaud de l'étoile massive. Une partie de la matière, cependant, s'échappe dans l'espace, formant l'énorme disque. Cette structure de disque n'a jamais été vue auparavant autour d'une étoile Wolf-Rayet. Crédit image : NASA/ESA/G. Bacon, STScI.

Nasty 1 est également connue sous le nom de Wolf-Rayet 122 ou WR 122. Le nom de catalogue de l'étoile, NaSt1, est dérivé des deux premières lettres de chacun des deux astronomes qui l'ont découverte en 1963, Jason Nassau et Charles Stephenson.

L'étoile se trouve à une distance d'environ 3 000 années-lumière et est considérée comme une étoile Wolf-Rayet - une étoile massive à évolution rapide pesant bien plus de 10 fois la masse de notre Soleil. Il perd rapidement ses couches externes remplies d'hydrogène, exposant son noyau brûlant d'hélium extrêmement chaud et extrêmement brillant.

Mais Nasty 1 ne ressemble pas à une star typique de Wolf-Rayet. Les astronomes utilisant Hubble s'attendaient à voir des lobes jumeaux de gaz s'écouler des côtés opposés de l'étoile, peut-être similaires à ceux émanant de l'étoile massive Eta Carinae, qui est un candidat Wolf-Rayet.

Au lieu de cela, ils ont révélé un disque de gaz en forme de crêpe encerclant l'étoile. Le vaste disque mesure près de 2 000 milliards de kilomètres de large et s'est peut-être formé à partir d'une étoile compagnon invisible qui a grignoté l'enveloppe extérieure du Wolf-Rayet nouvellement formé.

«Nous étions ravis de voir cette structure en forme de disque, car elle pourrait être la preuve qu'une étoile Wolf-Rayet se forme à partir d'une interaction binaire. Il y a très peu d'exemples dans la galaxie de ce processus en action car cette phase est de courte durée, ne durant peut-être que cent mille ans, alors que l'échelle de temps sur laquelle un disque résultant est visible pourrait n'être que de dix mille ans ou moins », a déclaré Dr Jon Mauerhan de l'Université de Californie, Berkeley, auteur principal de l'article présentant les résultats de la Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (préimpression arXiv.org).

Dans le scénario proposé par le Dr Mauerhan et ses co-auteurs, une étoile massive évolue très rapidement, et lorsqu'elle commence à manquer d'hydrogène, elle gonfle. Son enveloppe extérieure d'hydrogène devient plus lâche et vulnérable à l'effraction gravitationnelle, ou à un type de cannibalisme stellaire, par une étoile compagne proche. Dans ce processus, l'étoile compagne plus compacte finit par gagner de la masse et l'étoile massive d'origine perd son enveloppe d'hydrogène, exposant son noyau d'hélium pour devenir une étoile Wolf-Rayet.

Boussole et image à l'échelle de l'étoile Wolf-Rayet Nasty 1. Crédit image : NASA / ESA / Z. Levay, STScI / J. Mauerhan, Université de Californie, Berkeley.

Une autre façon dont les étoiles Wolf-Rayet se forment est lorsqu'une étoile massive éjecte sa propre enveloppe d'hydrogène dans un fort vent stellaire ruisselant de particules chargées. Le modèle d'interaction binaire où une étoile compagne est présente gagne du terrain parce que les astronomes se rendent compte qu'au moins 70 pour cent des étoiles massives sont membres de systèmes d'étoiles doubles. La perte de masse directe à elle seule ne peut pas non plus expliquer le nombre d'étoiles Wolf-Rayet par rapport à d'autres étoiles massives moins évoluées dans la galaxie.

"Nous constatons qu'il est difficile de former toutes les étoiles Wolf-Rayet que nous observons par le mécanisme du vent traditionnel, car la perte de masse n'est pas aussi forte qu'on le pensait", a déclaré le co-auteur, le Dr Nathan Smith de l'Université. de l'Arizona à Tucson.

"L'échange de masse dans les systèmes binaires semble être vital pour expliquer les étoiles Wolf-Rayet et les supernovae qu'elles produisent, et la capture d'étoiles binaires dans cette phase de courte durée nous aidera à comprendre ce processus."

Mais le processus de transfert de masse dans les systèmes binaires gigantesques n'est pas toujours efficace. Une partie de la matière dépouillée peut se répandre lors de la lutte gravitationnelle entre les étoiles, créant un disque autour du binaire.

"C'est ce que nous pensons qui se passe dans Nasty 1. Nous pensons qu'il y a une étoile Wolf-Rayet enterrée à l'intérieur de la nébuleuse, et nous pensons que la nébuleuse est créée par ce processus de transfert de masse. Donc, ce type de cannibalisme stellaire bâclé fait en fait de Nasty 1 un surnom plutôt approprié », a déclaré le Dr Mauerhan.

Jon Mauerhan et al. 2015. Observations multi-longueurs d'onde de NaSt1 (WR 122) : perte de masse équatoriale et rayons X d'un binaire Wolf-Rayet en interaction. MNRAS 450 (3) : 2551-2563 doi : 10.1093/mnras/stv257


Un ion hydrure d'hélium repéré dans l'espace pour la première fois

Lorsque l'Univers était encore très jeune, seuls quelques types d'atomes existaient. Les astrophysiciens pensent qu'environ 100 000 ans après le Big Bang, des atomes d'hydrogène ionisé et d'hélium neutre se sont combinés pour former l'ion hydrure d'hélium (HeH + ) pour la première fois. Cette molécule devrait être présente dans certaines parties de l'Univers moderne, mais elle n'a jamais été détectée dans l'espace jusqu'à présent. Une équipe de chercheurs des États-Unis, d'Allemagne et de France a découvert sa signature dans NGC 7027, une nébuleuse planétaire située à environ 3 000 années-lumière dans la constellation du Cygne, à l'aide de l'Observatoire stratosphérique d'astronomie infrarouge (SOFIA) de la NASA.

Güsten et al a détecté le premier type de molécule qui s'est jamais formé dans l'Univers — HeH + . Cette découverte confirme un élément clé de notre compréhension de base de l'Univers primitif et de la façon dont il a évolué au cours de milliards d'années jusqu'à la chimie complexe d'aujourd'hui. Crédit image : Centre de recherche Ames de la NASA.

"HeH + se cachait là-bas, mais nous avions besoin des bons instruments pour faire des observations dans la bonne position — et SOFIA était capable de le faire parfaitement", a déclaré le Dr Harold Yorke, directeur du SOFIA Science Center.

Aujourd'hui, l'Univers est rempli de grandes structures complexes telles que des planètes, des étoiles et des galaxies. Mais il y a plus de 13 milliards d'années, après le Big Bang, l'Univers primitif était chaud et il n'y avait que quelques types d'atomes, principalement de l'hélium et de l'hydrogène.

Lorsque les atomes se sont combinés pour former les premières molécules, l'Univers a finalement pu se refroidir et a commencé à prendre forme. Les astrophysiciens ont déduit que HeH + était cette première molécule primordiale.

Une fois le refroidissement commencé, les atomes d'hydrogène pourraient interagir avec HeH + , conduisant à la création d'hydrogène moléculaire, la molécule principalement responsable de la formation des premières étoiles.

Les étoiles ont ensuite forgé tous les éléments qui composent notre riche cosmos chimique d'aujourd'hui.

Le problème, cependant, est que les scientifiques n'ont pas pu trouver HeH + dans l'espace. Cette première étape dans la naissance de la chimie n'était pas prouvée, jusqu'à présent.

"Le manque de preuves de l'existence même de HeH + dans l'espace interstellaire a été un dilemme pour l'astronomie pendant des décennies", a déclaré le Dr Rolf Guesten, chercheur à l'Institut Max Planck de radioastronomie, en Allemagne.

En 1925, des chimistes ont réussi à créer HeH+ en laboratoire en cajolant l'hélium pour qu'il partage l'un de ses électrons avec un ion hydrogène.

Puis, à la fin des années 1970, les astronomes qui étudiaient NGC 7027 pensaient que cet environnement pourrait être parfait pour former HeH + . Le rayonnement UV et la chaleur de l'étoile vieillissante créent des conditions propices à la formation de HeH +. Mais leurs observations n'étaient pas concluantes. Des efforts ultérieurs ont laissé entendre qu'il pourrait être là, mais HeH + a continué à échapper à la détection.

En 2016, les scientifiques se sont tournés vers SOFIA pour obtenir de l'aide. Volant jusqu'à 45 000 pieds (13,7 km), SOFIA effectue des observations au-dessus des couches interférentes de l'atmosphère terrestre. Mais il a un avantage que les télescopes spatiaux ne font pas : il revient après chaque vol.

« Nous sommes capables de changer d'instruments et d'installer les dernières technologies. Cette flexibilité nous permet d'améliorer les observations et de répondre aux questions les plus urgentes auxquelles les scientifiques souhaitent répondre », a déclaré le scientifique adjoint du projet SOFIA, le Dr Naseem Rangwala.

L'étude a été publiée dans le numéro du 11 avril de la revue Nature.

Rolf Güsten et al. 2019. Détection astrophysique de l'ion hydrure d'hélium HeH + . Nature 568 : 357-359 doi : 10.1038/s41586-019-1090-x


Un télescope découvre une "rivière" d'hydrogène inédite dans l'espace

GREEN BANK, W.Va., 28 janvier (UPI) -- Une rivière d'hydrogène encore jamais vue s'écoulant dans l'espace peut aider à expliquer comment certaines galaxies spirales maintiennent un rythme constant de formation d'étoiles, selon un scientifique américain.

L'astronome D.J. Pisano, en utilisant le télescope Green Bank en Virginie-Occidentale, a découvert le filament de gaz très faible et très ténu qui s'écoule dans la galaxie voisine NGC 6946, a rapporté mardi l'Observatoire national de radioastronomie.

"Nous savions que le carburant pour la formation des étoiles devait venir de quelque part. Jusqu'à présent, cependant, nous n'avons détecté qu'environ 10 pour cent de ce qui serait nécessaire pour expliquer ce que nous observons dans de nombreuses galaxies", a déclaré Pisano, de l'Université de Virginie-Occidentale, mentionné. "Une théorie dominante est que des rivières d'hydrogène - connues sous le nom de flux froids - pourraient transporter de l'hydrogène à travers l'espace intergalactique, alimentant clandestinement la formation d'étoiles. Mais cet hydrogène ténu a été tout simplement trop diffus pour être détecté, jusqu'à présent."

Les astronomes disent qu'un flux froid est de l'hydrogène gazeux provenant de l'espace intergalactique qui n'a jamais été chauffé à des températures extrêmes par la naissance d'étoiles ou les processus de supernova d'une galaxie.

Pisano a utilisé le très sensible télescope Green Bank pour détecter la lueur émise par l'hydrogène gazeux neutre reliant NGC 6946 à ses voisins cosmiques, soutenant fortement une théorie selon laquelle de plus grandes galaxies pourraient recevoir un afflux constant d'hydrogène froid en le siphonnant d'autres compagnons moins massifs.

De tels flux pourraient expliquer ce qui alimente la formation soutenue d'étoiles observée dans NGC 6946 et des galaxies spirales similaires, ont déclaré les astronomes.


GBT voit une rivière d'hydrogène traverser l'espace

À l'aide du télescope Robert C. Byrd Green Bank (GBT) de la National Science Foundation, l'astronome D.J. Pisano de l'Université de Virginie-Occidentale a découvert ce qui pourrait être une rivière d'hydrogène jamais vue auparavant circulant dans l'espace. Ce filament de gaz très faible et très ténu se déverse dans la galaxie voisine NGC 6946 et peut aider à expliquer comment certaines galaxies spirales maintiennent leur rythme constant de formation d'étoiles.

« Nous savions que le carburant pour la formation des étoiles devait venir de quelque part. Jusqu'à présent, cependant, nous n'avons détecté qu'environ 10 % de ce qui serait nécessaire pour expliquer ce que nous observons dans de nombreuses galaxies », a déclaré Pisano. « Une théorie dominante est que des rivières d'hydrogène – connues sous le nom de flux froids – pourraient transporter de l'hydrogène à travers l'espace intergalactique, alimentant clandestinement la formation d'étoiles. Mais cet hydrogène ténu a été tout simplement trop diffus pour être détecté, jusqu'à présent. »

Les galaxies spirales, comme notre propre Voie lactée, maintiennent généralement un rythme de formation d'étoiles plutôt tranquille mais régulier. D'autres, comme NGC 6946, qui est située à environ 22 millions d'années-lumière de la Terre à la frontière des constellations de Céphée et du Cygne, sont beaucoup plus actives, quoique moins que les galaxies à rafales d'étoiles plus extrêmes. Cela soulève la question de savoir ce qui alimente la formation soutenue d'étoiles dans cette galaxie spirale et d'autres similaires.

Des études antérieures du voisinage galactique autour de NGC 6946 avec le radiotélescope de synthèse de Westerbork (WSRT) aux Pays-Bas ont révélé un halo d'hydrogène étendu (une caractéristique couramment observée dans les galaxies spirales, qui peut être formée par l'hydrogène éjecté du disque de la galaxie par la formation intense d'étoiles et les explosions de supernova). Un flux froid, cependant, serait de l'hydrogène provenant d'une source complètement différente : du gaz provenant de l'espace intergalactique qui n'a jamais été chauffé à des températures extrêmes par la naissance d'étoiles ou les processus de supernova d'une galaxie.

À l'aide du GBT, Pisano a pu détecter la lueur émise par l'hydrogène gazeux neutre reliant NGC 6946 à ses voisins cosmiques. Ce signal était simplement inférieur au seuil de détection des autres télescopes. Les capacités uniques du GBT, y compris son immense parabole unique, son ouverture non bloquée et son emplacement dans la zone radiophonique nationale, lui ont permis de détecter cette lumière radio ténue.

Les astronomes ont longtemps théorisé que les plus grandes galaxies pourraient recevoir un afflux constant d'hydrogène froid en le siphonnant d'autres compagnons moins massifs.

En regardant NGC 6946, le GBT a détecté juste le type de structure filamenteuse qui serait présente dans un écoulement froid, bien qu'il y ait une autre explication probable pour ce qui a été observé. Il est également possible que dans le passé, cette galaxie ait eu une rencontre rapprochée et soit passée par ses voisines, laissant un ruban d'hydrogène atomique neutre dans son sillage.

Si tel était le cas, cependant, il devrait y avoir une petite mais observable population d'étoiles dans les filaments. D'autres études permettront de confirmer la nature de cette observation et pourraient faire la lumière sur le rôle possible que jouent les flux froids dans l'évolution des galaxies.

Ces résultats sont publiés dans l'Astronomical Journal.

Le GBT de 100 mètres est exploité par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) et situé dans la National Radio Quiet Zone et la West Virginia Radio Astronomy Zone, qui protègent le télescope incroyablement sensible des interférences radio indésirables.


La formation d'étoiles peut être stoppée par l'hydrogène ionisé froid

Pour la première fois, de l'hydrogène ionisé a été détecté à la fréquence la plus basse jamais atteinte vers le centre de notre galaxie. Les résultats proviennent d'un nuage à la fois très froid (environ -230 degrés Celsius) et également ionisé, quelque chose qui n'a jamais été détecté auparavant. Cette découverte peut aider à expliquer pourquoi les étoiles ne se forment pas aussi rapidement qu'elles le pourraient théoriquement.

La Voie Lactée et notre centre galactique par Dave Young (dcysurfer)

Le Dr Raymond Oonk d'ASTRON, de l'Observatoire de Leiden et de SURFsara a dirigé l'étude qui est publiée aujourd'hui dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

"L'existence possible de gaz ionisé froid avait été évoquée dans des travaux antérieurs, mais c'est la première fois que nous le voyons clairement", a-t-il déclaré.

L'ionisation est un processus énergétique qui retire les électrons des atomes. L'atome deviendra chargé électriquement et pourra alors être appelé ion. Cela se produit généralement dans un gaz très chaud (10 000 degrés Celsius) et où les atomes peuvent facilement perdre leurs électrons. Il était donc déroutant de découvrir l'hydrogène ionisé à partir de gaz très froid dans ce nuage. Les sources d'énergie normales, telles que les photons d'étoiles massives, ne provoqueraient pas cela. Des formes d'énergie plus exotiques, telles que les particules à haute énergie créées dans les ondes de choc des supernovas et à proximité des trous noirs, sont plus susceptibles d'être responsables.

“Cette découverte montre que l'énergie nécessaire pour ioniser les atomes d'hydrogène peut pénétrer profondément dans les nuages ​​froids. On pense que ces nuages ​​​​froids sont le carburant à partir duquel les nouvelles étoiles naissent », a déclaré le Dr Oonk.

“Cependant, dans notre galaxie, nous savons que le taux de natalité stellaire est très faible, bien inférieur à ce qui est naïvement attendu. Peut-être que l'énergie observée ici agit comme un stabilisateur pour les nuages ​​froids, les empêchant ainsi de s'effondrer sur eux-mêmes et de former de nouvelles étoiles.”

Une image composite montrant notre galaxie, la Voie lactée, s'élevant au-dessus de l'Engineering Development Array à l'Observatoire de radioastronomie de Murchison en Australie occidentale. L'emplacement du centre de notre galaxie est mis en évidence aux côtés du signal d'hydrogène ionisé (H+) détecté depuis cette région du ciel. La lumière blanc-bleu montre les étoiles composant la Voie lactée et les taches sombres obscurcissant cette lumière montrent le gaz froid qui est intercalé entre elles. Crédit : Engineering Development Array Image avec l'aimable autorisation de l'ICRAR. Image de la Voie lactée avec l'aimable autorisation de Sandino Pusta.

L'observation a été faite avec l'Engineering Development Array (EDA), une station prototype du Square Kilometer Array (SKA) qui sera le plus grand radiotélescope au monde lorsqu'il sera construit au cours de la prochaine décennie.

A/Prof. Randall Wayth du nœud de l'ICRAR de l'Université Curtin a déclaré que la détection a été rendue possible par la large bande passante de l'EDA et l'emplacement extrêmement silencieux de l'observatoire de radioastronomie de Murchison.

"La partie basse fréquence du Square Kilometer Array sera construite à cet endroit dans les années à venir, donc cet excellent résultat nous donne un aperçu de ce que le SKA sera capable de faire une fois construit", a-t-il déclaré.

La réduction des données a été dirigée par Emma Alexander (Université de Manchester) dans le cadre de son stage d'été à ASTRON.

« C'est une période très excitante pour entrer dans la radioastronomie, et c'était formidable de travailler sur les premières données spectroscopiques haute résolution de cette station prototype SKA. Les technologies qui sont développées pour le SKA, et les résultats scientifiques qui en découlent, seront une force motrice pour ma génération de radioastronomes », a déclaré Alexander.

L'Engineering Development Array (EDA) est un télescope distinct conçu et construit par l'Université Curtin. Il s'agit d'un nœud de champ unique de 256 antennes, reproduisant la disposition d'antenne proposée des nœuds à faible champ SKA, mais utilisant des antennes dipolaires Murchison Widefield Array (MWA). Les données extraites de l'EDA sont comparées et corrélées avec la MWA. Comme les antennes MWA ont déjà été complètement caractérisées, l'EDA nous aide à comprendre comment un groupe plus important d'antennes réparties de manière aléatoire peut fonctionner dans la configuration donnée. Crédit ICRAR.

Ce travail a été réalisé en collaboration entre l'Institut néerlandais de radioastronomie (ASTRON), l'Université de Leiden, le Centre international de recherche en radioastronomie (ICRAR), l'Université de Manchester et le Square Kilometer Array.

L'Institut néerlandais de radioastronomie, mieux connu sous le nom d'ASTRON, est un institut de premier plan pour le développement de la radioastronomie.

Le programme ASTRON comprend trois éléments principaux :

  • L'exploitation d'installations d'observation de première ligne, notamment le radiotélescope de synthèse de Westerbork et le LOFAR,
  • La poursuite de la recherche astronomique fondamentale utilisant les installations ASTRON, ainsi qu'un large éventail d'autres télescopes dans le monde et des instruments spatiaux (par exemple, Sptizer, HST, etc.)
  • Un programme de développement technologique solide, englobant à la fois une instrumentation innovante pour les télescopes existants et les nouvelles technologies nécessaires pour les futures installations.

En outre, ASTRON est actif sur la scène internationale de la politique scientifique et est l'un des leaders du projet international SKA.

Le Centre international de recherche en radioastronomie (ICRAR) est une coentreprise entre l'Université Curtin et l'Université d'Australie-Occidentale avec le soutien et le financement du gouvernement de l'État d'Australie-Occidentale.

Publication originale :

‘Spectroscopy with the Engineering Development Array : cold H+ at 63MHz to the Galactic Centre’, publié dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society le 9 juillet 2019.


Formation d'étoiles

Lors d'une émission du KKLA en 1993, le Dr Hugh Ross, un Ph.D. diplômé de l'Université de Toronto et astrophysicien chrétien qui croit en un univers initié par le big-bang vieux de 15 à 20 milliards d'années, a débattu le Dr Duane Gish, un biochimiste chrétien qui croit en un univers jeune spécialement créé. Lorsque j'ai appelé avec une objection à ses affirmations concernant la formation des étoiles, le Dr Ross m'a renvoyé à un livre de Cox et Giuli, un ouvrage massif en deux volumes sur l'astrophysique publié en 1968, impliquant que les informations qu'il contient réfuteraient mes objections. Après avoir lu les parties pertinentes de leur livre, j'ai découvert qu'ils ne soutenaient pas du tout ses déclarations et soutenaient mes objections. En fait, vous verrez ci-dessous, ils nient fermement les affirmations de Ross. Les étoiles ne peuvent pas se former naturellement. Ils doivent être créés directement par Dieu.

La plupart des astronomes disent que les étoiles se forment à partir de la contraction gravitationnelle de gaz nébulaires malgré le fait que la formation d'étoiles n'a jamais été observée. L'observation n'est-elle pas une exigence de la méthode scientifique ? Les affirmations de la cosmologie moderne (étude de l'univers) sont souvent une question d'inférences et d'opinion plutôt que de fait. Ross a récemment affirmé dans une autre émission de radio que nous avons maintenant observé directement les naissances d'étoiles, se référant aux observations d'émanations infrarouges provenant d'un certain nuage de gaz comme preuve de la formation d'étoiles. Il y a des nuages ​​opaques dans l'espace avec des émanations infrarouges qui en proviennent, mais cela ne confirme en aucun cas que des étoiles se forment à partir de la matière nébulaire. Les émanations infrarouges pourraient être dues à beaucoup de choses, par ex. une étoile rouge, cool et supergéante. <1>Son affirmation est très discutable. Même si les étoiles pouvaient se former selon la théorie actuelle, nous ne serions pas en mesure de l'observer car, comme l'a écrit Bart Bok,

« Lorsque les nuages ​​​​de poussière et de gaz initialement froids s’effondrent, ils se réchauffent. Ils devraient d'abord devenir visibles sous forme de nuages ​​sombres avec une étoile profondément à l'intérieur, et ceux-ci ne peuvent être observables que dans l'infrarouge. une jeune étoile serait noyée dans une grande enveloppe de poussière et de gaz. Une telle étoile aurait une atmosphère vraiment trouble ! »

Ce qui se passe réellement derrière cette obscurité est à deviner. Alan Boss a parlé en ces termes :

"Quelles sont les premières étapes de la formation d'une étoile ? What determines whether a cloud of star-forming matter will evolve into one, two or several stars? Because clouds of gas, dust and debris largely obscure all but the initial and final stages of the birth of a star, these questions have so far not been answered by direct observation. it has been impossible to date to view the cloud as it collapses through this range of densities. Consequently stars cannot be observed as they form." <3>[my emphasis]

Of course, the estimated time for a gas cloud to contract to the protostar stage, between one million and ten million years, is too long for us to observe, putting star formation outside the scope of the scientific method. <4>The problems associated with the idea that stars can form from the gravitational infalling of a massive volume of nebular gas are great. Star formation by this route is physically impossible. The fairly simple formula for Jeans' Length (Sir James Jeans) shows what is necessary for stellar formation. A gas cloud must be within a critical radius in order to collapse by gravity (Jeans' Length). Jeans' Length (JL) is equal to the Gravitational constant (G) times the mass (M) of the cloud squared, divided by two times the number of moles of gas, times the Gas Constant (R), times the Temperature (T) in kelvins (see Table below). <5>There are other ways to calculate the physical parameters for star formation, but similar problems develop. Leo Blitz says that about 99 percent of the mass of a Giant Molecular Cloud (where stars are thought to form) is molecular hydrogen, H2. <6>I used this fact to calculate the minimum number of moles (n) of hydrogen that would have formed the core of the sun and solved for T. The temperature that the sun's equivalent cloud mass would have to be in order for it to contract under the force of gravity, considering the mass of the Sun, expanding its radius to the distance of one light year, and plugging in the values for the constants. The result was 1.69 degrees K (- 456.68 degrees F. Absolute Zero, 0 degrees K = - 459.67 degrees F), one degree less than the temperature of the 2.726 degrees K cosmic background radiation, according to the latest COBE satellite measurements. <7>The universe is too hot for star formation!

Chapter 26, "Survey of Stellar Evolution," of Cox and Giuli's work was the only chapter on star formation. What they had to say confirms what I said in my original challenge to Dr. Ross. <8>On page 947, they make their first direct comment on star formation:

"The very earliest stages in the star formation process must consist of the condensation of a 'protostar' from the interstellar medium. These stages constitute one of the most poorly understood areas in the whole field of stellar evolution, and we shall simply assume that a protostar has somehow formed." [my emphasis]

Rather than explain how a star could form, Cox and Giuli frankly admitted they didn't know, yet their book served as the sum total of Dr. Ross' refutation to me. They also said that from the time they began writing their chapter on stellar formation, which was in 1966, until the time of publication in 1968, over 1000 papers on star formation had been published, yet not one of them showed any signs of overcoming the major difficulties. I am still surveying recent literature on star formation, and they have no better idea now than then. On page 958, they explain one of the biggest problems:

"One of the major difficulties in the condensation problem is that a cloud of gas and dust of stellar mass with density rho and temperature T typical of gas clouds found in the Galaxy (say rho

100 degrees K in HI (neutral hydrogen) regions) would have too weak a gravitational field to contract under its own gravity,"

which is what Jeans' Length is all about. How can a gas cloud contract in space when the physics disallows it? About ten years after Cox and Giuli wrote their masterpiece, Nobel prize winner, Hannes Alfven, in a neatly written, highly mathematical book, wrote the following:

"There is a general belief that stars are forming by gravitational collapse in spite of vigorous efforts no one has yet found any observational indication of confirmation. Thus the 'generally accepted' theory of stellar formation may be one of a hundred unsupported dogmas which constitute a large part of present-day astrophysics."

Cox and Giuli explain another problem. The spin of a cloud (its angular momentum) would increase as the gas contracted from several light years radius down to the size of a star. The spin would increase to fantastic speeds the more the cloud collapsed. You've probably watched a skater begin spinning and speed up as arms and legs are drawn into the body, this is what would happen to a gas cloud as it contracted. They say, p. 959,

"This rotational velocity would be increased to some 6 x 10 5 km/sec (> c! ) by the time the cloud had shrunk to stellar dimensions, if angular momentum were conserved."

The exclamatory phrase "> c"! means "greater than the speed of light!" which is about 3 x 10 5 km/sec. In other words, they are telling us that the notion of star formation by the gravitational collapse of a gas cloud is unrealistic. The sun is not rotating at twice the speed of light! So where did all the angular momentum go if the sun truly formed by gravitational contraction? They suggest that some of it was transferred to Jupiter and Saturn, which possess 98% of the total angular momentum of the solar system, still far, far less than the angular momentum that would have been generated during the formation of the sun. Clearly, Cox and Giuli had nothing to say that would lend credence to the idea that stars form by gravitational collapse of interstellar gas and dust. Finally, they say,

"It is obvious that real stars somehow manage to come into being hopefully, we shall someday understand in more detail how they do so."

Think about this. They spend several pages almost apologizing for not having the slightest idea how or why stars form from interstellar gas clouds whose densities are so slight that the most powerful vacuums ever created by man are as dense as black holes by comparison. We are talking about a vacuum so complete that less than one atom can be found in one cubic centimeter. <10>If an atom were the size of a basketball, the next closest basketball would be found two-thirds of the way between here and the moon. Try mountain climbing in air that thin! The established laws of physics show that it is impossible for stars to form by gravitational collapse of interstellar gases and dust. Stars came into being because God created them along with everything else.

Astronomers like Bok, Cameron and Spitzer recognize that stars are not going to form by simple gravitational contraction, but that they require some sort of outside influence, like shock waves from the explosion of a star, to push the cloud to greater density to satisfy the requirements described by Sir Jeans and others. Cox and Giuli understood all the problems, but not wishing to credit God, or even acknowledge Him as a possible answer to the problems, they simply said that it had to happen somehow, because the stars are here!

DANGER!


Technical Notes. Read at your own risk.

Jeans' Length:
JL = (G M 2 ) / (2nRT)
JL = 9.467 x 10 15 m = Light year
G = 6.67 x 10 -11 N-m 2 / kg 2
R = 8.314 J / mol-K
M = 10 30 kg
n = 0.5 x 10 33 moles H2 as found in Giant Molecular Clouds.

Astronomy professor, Donald DeYoung, said that when typical values of interstellar cloud mass M and temperature T are inserted in the formula, Jeans' Length is found to be 50-100 times smaller than the average nebular size. He says,

"The conclusion is that stars will not form spontaneously in space since the dominant outward gas force, Fp = (3nRT) / r, will not allow collapse. Instead gas clouds dissipate outward. Furthermore, this simple force comparison ignores the dispersive effects of nebular magnetism, rotation, nonsphericity and turbulence," from "The Origin of the Universe," in Design and Origins in Astronomy, 1983, p. 17.

Twenty years from now, I predict that science will have changed so drastically that Ross' position about star formation and the big bang will be totally passe. Even now there is a contest in Sky & Telescope to rename the big bang to something more palatable since "some astronomers think it conjures up the wrong type creation. Others say it's inaccurate." <11>The judges for the contest are Carl Sagan, Hugh Downs, and Timothy Ferris.

In The Beginning, Did the Earth Have Cloud Covering?

The Bible says that God created the sun, moon, and stars on the fourth day of creation. Ross says that the sun and stars, resulting from the big bang, were there from earth's day one but couldn't be seen from the earth because of cloud cover. According to him, the fourth day began when this covering was removed. This is an assumption for which there is no evidence. If this assumption is true, it means the earth was shrouded in opaque water vapor and/or other gases for millions of years until the fourth creation day/age.. I suspect that God, in His wisdom, formed the universe in the order given in Genesis because there is no way that the wisdom of men could explain it naturally. They would be forced to either acknowledge the existence of a Creator or to deny God and call His Word a lie. Without any proof it is easy to suggest that the earth was thus enshrouded, but with what was it enveloped and what is the evidence? Scientists involved in the origin of life research have made many speculations about the composition of the alleged primordial atmosphere. I hope Dave Matson is taking note since he made mention that there might have been a heavy overcast for millions of years to protect evolving biochemical molecules and other precursors for life from destructive ultraviolet radiation in the absence ozone. For sake of clarity and brevity, let's look at what Thaxton, Bradley and Olsen have to say about what would have happened to the constituents of the primordial atmosphere of earth which have been suggested by the evolutionary origin-of-life experimenters:

"Concentrations of some of the most important early atmosphere components would have been diminished by short wavelength, i.e., < 2000, ultraviolet photo dissociation. Atmospheric methane would have polymerized and fallen into the ocean as more complicated hydrocarbons, perhaps forming an oil slick 1-10m deep over the surface of the earth. If this occurred, very small concentrations of methane would predictably have remained in the atmosphere. About 99% of the atmospheric formaldehyde would have been quickly degraded to carbon monoxide and hydrogen by photolysis [destruction by light energy]. Carbon monoxide concentrations in the atmosphere would have been small, however. Carbon monoxide would have been quickly and irreversibly converted to formate in an alkaline ocean. Ammonia photolysis to nitrogen and hydrogen would have occurred very quickly, reducing its atmospheric concentration to so small a value that it could have played no important role in chemical evolution. If all the nitrogen in the contemporary atmosphere had existed in the form of ammonia in the early atmosphere it would have been degraded by ultraviolet light in 30,000 years [later revised by J.P. Ferris and D.E. Nicodem to10 5 10 6 years]. If the ammonia surface mixing ratio were on the order of 10 -5 as Sagan has estimated, then the atmospheric lifetime of ammonia would have been a mere 10 years. It would also have been difficult to maintain substantial levels of hydrogen sulfide in the atmosphere. Hydrogen sulfide would have been photolyzed to free sulfur and hydrogen in no more than 10,000 years. The concentration of hydrogen sulfide in the ocean would have been further attenuated by the formation of metal sulfides with their notoriously low solubilities. The same photo dissociation process would have applied to water to yield hydrogen and oxygen. Some recent studies suggest that, through ultraviolet photolysis of water vapor, atmospheric oxygen did reach an appreciable fraction of today's concentration in early earth times."

Photo dissociation would have raised the oxygen content to about 1%, enough to produce an ozone layer and shield the earth from harmful ultraviolet radiation, but the presence of that much oxygen would have made any spontaneous chemical evolution impossible. Matson also speculated that life might have evolved in hydrothermal vents, and "would not a relatively thin layer of sand, porous rock, a moderate layer of unclear water or some crevice provide the necessary protection?" Perhaps so, but in this case, we must bring up the problem of thermal decay in such situations. Miller and Orgel showed that chemical evolution could not occur if the ocean (or some concentrating pool or absorbing clay) were warmer that 25 degrees C (77 degrees F). All those biotic precursors would have decayed in those warm, primordial soups. Although astronomers believe that the early earth would have been cooler, let's not forget how the earth is supposed to have formed and how hot it would have been. Miller and Orgel pointed out that although 0 degrees C (32 degrees F) would have given life's origin a better chance, -21 degrees C (5.8 degrees F) would have been ideal. <13>Of course, one can speculate endlessly about what might have been and possibilities, and not come within a megaparsec of the truth. The trouble with many evolutionists, such as Matson, is that they believe their speculations are the truth or are so close to the truth that, for all practical purposes, they are the truth. I don't find such speculation the least bit convincing.

I also have trouble with someone who wants to reconcile the Bible with present day science because the scientific method hasn't the slightest ability to address origin issues. Circumstantial evidence, extrapolations, and philosophically-colored inferences about the past based on facts in the present is not science. Origins are completely outside the realm of science, so why do some scientists insist that evolution is fact when they cannot observe it? That is not science. In order for something to qualify as science, it must be observable, we must be able to perform tests, collect data, confirm or deny hypotheses made, and make predictions. The things that we do know are clear: stars cannot form from an extremely thin gas without outside help. Self-gravitational formation of stars also runs against the law of entropy. Although gravitational formation of stars is conceivable, it is not possible. It is also conceptually feasible to make a perpetual motion machine or to build the perfectly efficient machine, but entropy will not allow them.

God's Failed Promise

Finally, I have trouble with someone who denies that the Genesis Flood was a global flood. Ross and many other Christians claim that it was a local flood. They are sitting ducks for skeptics like Dave Matson and Steven Morris. When God made His rainbow covenant He said,

"Now behold, I Myself do establish My covenant with you, and with your descendants after you [that's us] and with every living creature that is with you, the birds, the cattle, and every beast of the earth with you of all that comes out of the ark, even every beast of the earth. And I establish My covenant with you and all flesh shall never again be cut off by the water of the flood, neither shall there again be a flood to destroy the earth. Never again shall the water become a flood to destroy all flesh."

If the flood had been only a local flood, then God's promise has failed. There have been many local floods upon the earth, destroying many people and much livestock. Only if the flood had been global in extent would God's promise still hold. Later this year we will look at geology as it relates to the flood, hang in there, Dave. You won't like my explanations any more than you did the first three installments on radiometric dating, but they better explain the facts than do evolutionary ones.

1. Abell, George O., Realm of the Universe, 3rd ed., Saunders, 1984, p. 289

2. Bok, Bart J., "The Birth of Stars," Scientific American, Aug. 1972, pp.54, 59

3. Boss, Alan P., "Collapse and Formation of Stars," Scientific American, Jan 1985, p. 40

5. DeYoung, Donald B. and John C. Whitcomb, "The Origin of the Universe," Design and Origins in Astronomy, George Mulfinger editor, Creation Research Society , 1983. p. 17

6. Blitz, Leo, "Giant Molecular-Cloud Complexes in the Galaxy," Scientific American, Apr. 1982, p. 86

7. Cown, Ron, "COBE: A Match Made in Heaven," Science News, 143 (1993), p. 43.

8. Cox, J.P., and R.T. Giuli, Principles of Stellar Structure: Applications to Stars, 1968.

9. Alfven, Hannes, and Gustaf Arrhenius, Evolution of the Solar System, National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C., 1976, p. 480.

10. Struve, Otto, "Interstellar Matter," Sky and Telescope, Jan 1956 Spitzer, Lyman, Jr., Searching Between the Stars, Yale University Press, New Haven, 1982, p. 33

11. The Daily Breeze, 6/11/93

12. Thaxton, Charles B., Walter L. Bradley, Roger L. Olsen, The Mystery of Life's Origin: Reassessing Current Theories, Philosophical Library, New York, 1984, pp. 43-44.

This book is at the publisher and in the process of being reprinted. It should be available at the end of the month through the Foundation of Thought and Ethics, PO Box 830721, Richardson, TX 75083-0721. The cost will be $15.95. This book should especially be on the reading list of those who confidently think life arose by random processes over millions of years. It is well written, and even the layman could learn from it. Three chapters are available online.


Astronomers Discover a Star That Exploded Multiple Times Over a Fifty Year Period

Supernovae, the explosions of stars, have been observed in the thousands and in all cases they marked the death of a star. Now an international team of astronomers led by Las Cumbres Observatory (LCO) has made a bizarre discovery a star that refuses to stop shining.

But in a study published today in the journal Nature, the team discovered a remarkable exception a star that exploded multiple times over a period of more than fifty years. Their observations, which include data from W. M. Keck Observatory on Maunakea, Hawaii, are challenging existing theories on these cosmic catastrophes.

“The spectra we obtained at Keck Observatory showed that this supernova looked like nothing we had ever seen before. This, after discovering nearly 5,000 supernovae in the last two decades,” said Peter Nugent, Senior Scientist and Division Deputy for Science Engagement in the Computational Research Division at Lawrence Berkeley National Laboratory who co-authored the study. “While the spectra bear a resemblance to normal hydrogen-rich core-collapse supernova explosions, they grew brighter and dimmer at least five times more slowly, stretching an event which normally lasts 100 days to over two years.”

Researchers used the Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) on the Keck I telescope to obtain spectrum of the star’s host galaxy, and the Deep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) on Keck II to obtain high-resolution spectra of the unusual star itself.

The supernova, named iPTF14hls, was discovered in September of 2014 by the Palomar Transient Factory. At the time, it looked like an ordinary supernova. Several months later, LCO astronomers noticed the supernova was growing brighter again after it had faded.

iPTF14hls ​grew ​bright ​and ​dim ​again ​at ​least ​five ​times ​over ​two ​years. ​This ​behavior ​has ​never ​been seen ​in ​previous ​supernovae, ​which ​typically ​remain ​bright ​for approximately 100 days and ​then fade. Adapted from Arcavi et ​al. 2017, ​Nature.

When astronomers went back and looked at archival data, they were astonished to find evidence of an explosion in 1954 at the same location. This star somehow survived that explosion and exploded again in 2014.

“This supernova breaks everything we thought we knew about how they work. It’s the biggest puzzle I’ve encountered in almost a decade of studying stellar explosions,” said lead author Iair Arcavi, a NASA Einstein postdoctoral fellow at LCO and the University of California Santa Barbara.

The study calculated that the star that exploded was at least 50 times more massive than the sun and probably much larger. Supernova iPTF14hls may have been the most massive stellar explosion ever seen. The size of this explosion could be the reason that our conventional understanding of the death of stars failed to explain this event.

Supernova iPTF14hls may be the first example of a “Pulsational Pair Instability Supernova.”

An image taken ​by ​the ​Palomar ​Observatory ​Sky Survey ​reveals ​a ​possible ​explosion ​in the ​year ​1954 ​at the ​location ​of ​iPTF14hls ​(left), ​not ​seen ​in ​a ​later ​image ​taken ​in ​1993 ​(right). ​Supernovae ​are ​known ​to explode only ​once, ​shine ​for ​a ​few ​months ​and ​then fade, ​but ​iPTF14hls ​experienced ​at ​least ​two explosions, 60 ​years ​apart. Adapted ​from Arcavi et ​al. ​2017, ​Nature.

“According to this theory, it is possible that this was the result of star so massive and hot that it generated antimatter in its core,” said co-author Daniel Kasen, an associate professor in the Physics and Astronomy Departments at UC Berkeley and a scientist at Lawrence Berkeley Lab. “That would cause the star to go violently unstable, and undergo repeated bright eruptions over periods of years.”

That process may even repeat over decades before the star’s large final explosion and collapse to a black hole.

“These explosions were only expected to be seen in the early universe and should be extinct today. This is like finding a dinosaur still alive today. If you found one, you would question whether it truly was a dinosaur,” said Andy Howell, leader of the LCO supernova group and co-author of the study.

Indeed, the “Pulsational Pair Instability” theory may not fully explain all the data obtained for this event. For example, the energy released by the supernova is more than the theory predicts. This supernova may be something completely new.

Astronomers continue to monitor iPTF14hls, which remains bright three years after it was discovered.

“This is one of those head-scratcher type of events,” said Nugent. “At first we thought it was completely normal and boring. Then it just kept staying bright, and not changing, for month after month. Piecing it all together, from our observations at Palomar Transient Factory, Keck Observatory, LCOGT, and even the images from 1954 in the Palomar Sky Survey, has started to shed light on what this could be. I would really like to find another one like this.”

Publication: Iair Arcavi, et al., “Energetic eruptions leading to a peculiar hydrogen-rich explosion of a massive star,” Nature 551, 210–213 (09 November 2017) doi:10.1038/nature24030


Hubble Uncovers New Clues about a Hefty, Rapidly Aging Star

Using the Hubble Space Telescope, a team of astronomers has uncovered surprising new clues about a hefty, rapidly aging star whose behavior has never been seen before in our Milky Way galaxy. Nicknamed it “Nasty 1,” a play on its catalog name of NaSt1, the star may represent a brief transitory stage in the evolution of extremely massive stars.

First discovered several decades ago, Nasty 1 was identified as a Wolf-Rayet star, a rapidly evolving star that is much more massive than our sun. The star loses its hydrogen-filled outer layers quickly, exposing its super-hot and extremely bright helium-burning core.

But Nasty 1 doesn’t look like a typical Wolf-Rayet star. The astronomers using Hubble had expected to see twin lobes of gas flowing from opposite sides of the star, perhaps similar to those emanating from the massive star Eta Carinae, which is a Wolf-Rayet candidate. Instead, Hubble revealed a pancake-shaped disk of gas encircling the star. The vast disk is nearly 2 trillion miles wide, and may have formed from an unseen companion star that snacked on the outer envelope of the newly formed Wolf-Rayet. Based on current estimates, the nebula surrounding the stars is just a few thousand years old, and as close as 3,000 light-years from Earth.

“We were excited to see this disk-like structure because it may be evidence for a Wolf-Rayet star forming from a binary interaction,” said study leader Jon Mauerhan of the University of California, Berkeley. “There are very few examples in the galaxy of this process in action because this phase is short-lived, perhaps lasting only a hundred thousand years, while the timescale over which a resulting disk is visible could be only ten thousand years or less.”

In the team’s proposed scenario, a massive star evolves very quickly, and as it begins to run out of hydrogen, it swells up. Its outer hydrogen envelope becomes more loosely bound and vulnerable to gravitational stripping, or a type of stellar cannibalism, by a nearby companion star. In that process, the more compact companion star winds up gaining mass, and the original massive star loses its hydrogen envelope, exposing its helium core to become a Wolf-Rayet star.

Another way Wolf-Rayet stars are said to form is when a massive star ejects its own hydrogen envelope in a strong stellar wind streaming with charged particles. The binary interaction model where a companion star is present is gaining traction because astronomers realize that at least 70 percent of massive stars are members of double-star systems. Direct mass loss alone also cannot account for the number of Wolf-Rayet stars relative to other less-evolved massive stars in the galaxy.

“We’re finding that it is hard to form all the Wolf-Rayet stars we observe by the traditional wind mechanism, because mass loss isn’t as strong as we used to think,” said Nathan Smith of the University of Arizona in Tucson, who is a co-author on the new NaSt1 paper. “Mass exchange in binary systems seems to be vital to account for Wolf-Rayet stars and the supernovae they make, and catching binary stars in this short-lived phase will help us understand this process.”

But the mass transfer process in mammoth binary systems isn’t always efficient. Some of the stripped matter can spill out during the gravitational tussle between the stars, creating a disk around the binary.

“That’s what we think is happening in Nasty 1,” Mauerhan said. “We think there is a Wolf-Rayet star buried inside the nebula, and we think the nebula is being created by this mass-transfer process. So this type of sloppy stellar cannibalism actually makes Nasty 1 a rather fitting nickname.”

The star’s catalogue name, NaSt1, is derived from the first two letters of each of the two astronomers who discovered it in 1963, Jason Nassau and Charles Stephenson.

Viewing the Nasty 1 system hasn’t been easy. The system is so heavily cloaked in gas and dust, it blocks even Hubble’s view of the stars. Mauerhan’s team cannot measure the mass of each star, the distance between them, or the amount of material spilling onto the companion star.

Previous observations of Nasty 1 have provided some information on the gas in the disk. The material, for example, is travelling about 22,000 miles per hour in the outer nebula, slower than similar stars. The comparatively slow speed indicates that the star expelled its material through a less violent event than Eta Carinae’s explosive outbursts, where the gas is travelling hundreds of thousands of miles per hour.

Nasty 1 may also be shedding the material sporadically. Past studies in infrared light have shown evidence for a compact pocket of hot dust very close to the central stars. Recent observations by Mauerhan and colleagues at the University of Arizona, using the Magellan telescope at Las Campanas Observatory in Chile, have resolved a larger pocket of cooler dust that may be indirectly scattering the light from the central stars. The presence of warm dust implies that it formed very recently, perhaps in spurts, as chemically enriched material from the two stellar winds collides at different points, mixes, flows away, and cools. Sporadic changes in the wind strength or the rate the companion star strips the main star’s hydrogen envelope might also explain the clumpy structure and gaps seen farther out in the disk.

To measure the hypersonic winds from each star, the astronomers turned to NASA’s Chandra X-ray Observatory. The observations revealed scorching hot plasma, indicating that the winds from both stars are indeed colliding, creating high-energy shocks that glow in X-rays. These results are consistent with what astronomers have observed from other Wolf-Rayet systems.

The chaotic mass-transfer activity will end when the Wolf-Rayet star runs out of material. Eventually, the gas in the disk will dissipate, providing a clear view of the binary system.

“What evolutionary path the star will take is uncertain, but it will definitely not be boring,” said Mauerhan. “Nasty 1 could evolve into another Eta Carinae-type system. To make that transformation, the mass-gaining companion star could experience a giant eruption because of some instability related to the acquiring of matter from the newly formed Wolf-Rayet. Or, the Wolf-Rayet could explode as a supernova. A stellar merger is another potential outcome, depending on the orbital evolution of the system. The future could be full of all kinds of exotic possibilities depending on whether it blows up or how long the mass transfer occurs, and how long it lives after the mass transfer ceases.”

The team’s results will appears in the May 21 online edition of the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and the European Space Agency. NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, Inc., in Washington.

Publication: Jon Mauerhan, et al., “Multiwavelength observations of NaSt1 (WR 122): equatorial mass loss and X-rays from an interacting Wolf–Rayet binary,” MNRAS (July 01, 2015) 450 (3): 2551-2563 doi: 10.1093/mnras/stv257