Den Nya Vintergatan

Huvudsökande: Sofia Feltzing, Lunds universitet
Medsökande: Paul Barklem, avdelningen för astronomi och rymdfysik
Andreas Korn, avdelningen för astronomi och rymdfysik
Nikolai Piskunov, avdelningen för astronomi och rymdfysik
Projekttitel: Den Nya Vintergatan
Beviljade medel: 34 000 000 kronor under sex år

Hur bildas galaxer? Varför ser de ut som de gör? Frågor som dessa är centrala i modern astrofysik. Vår egen galax, Vintergatan, är bara en av miljardtals spiralgalaxer i universum, men dess utforskning är idag ett synnerligen aktivt område, som lockar de bästa forskarna. Detta har i huvudsak två orsaker. Dels har man insett att nyckeln till att förstå universums utveckling i stort finns bland detaljerna i hur enskilda galaxer är uppbyggda. Därmed har undersökningar av Vintergatan och dess närmaste grannar i universum fått ny aktualitet. Den andra orsaken är den tekniska utvecklingen av effektiva instrument i rymden och på jorden, som kan samla in de väldiga mängder data som behövs för att testa olika modeller för galaxers och universums utveckling. Pionjärarbeten inom detta område har redan gett oss en ny syn på Vintergatan som galax, och har visat på nyttan av brett anlagda genommönstringar av dess stjärnor, trots att man hittills bara skrapat på ytan av vad som är tekniskt möjligt.

Eftersom stjärnor, när de väl bildats, knappast växelverkar med sin omgivning, utgör de en provkarta på de olika förhållanden som rådde vid deras bildande. I princip är det därför möjligt att pussla ihop en bild av Vintergatans utveckling med data för ett mycket stort antal stjärnor av olika åldrar, i olika banor och i olika delar av galaxen. För detta behövs tre typer av mätningar. Astrometriska observationer ger information om stjärnornas avstånd och rörelser vinkelrätt mot synlinjen. Avstånden tillsammans med fotometriska mätningar av strålningsfluxen i olika våglängdsband ger oss viktiga stjärnparametrar som yttemperatur och ålder. Slutligen behövs spektroskopiska observationer för att bestämma stjärnornas rörelser längs synlinjen (radialhastigheten) och deras halter av olika grundämnen. Astrometriska observationer av tillräcklig noggrannhet kan endast utföras från rymden. Gaia är det mest ambitiösa projektet av detta slag någonsin och skjuts upp hösten 2013 av den europeiska rymdorganisationen (ESA). Satelliten kommer att leverera astrometriska data för drygt en miljard stjärnor i Vintergatan med en noggrannhet som är 10–100 gånger bättre än existerande mätningar. Fotometriska mätningar kan göras både från rymden och med teleskop på marken. Även här är Gaia betydelsefull. Spektroskopiska observationer däremot görs bäst med stora markbundna teleskop utrustade med mångfiberspektrografer, som registrerar spektra från tusentals stjärnor samtidigt. För att tolka alla dessa mätningar behövs dessutom teoretiska modeller, som exempelvis visar hur en stjärnas spektrum ändras beroende på dess yttemperatur och grundämneshalter.

Lund har en mycket stark ställning inom Gaia-projektet där Lennart Lindegren är en av de ledande forskarna. Stjärnpopulationsgruppen i Lund, ledd av Sofia Feltzing, har en bred forskningsbas för empiriska studier av Vintergatans olika komponenter. I Uppsala ligger fokus på teoretisk modellering och analys av stjärnspektra. Forskningen inom alla dessa grupper är av högsta internationella klass. Våra olika specialiteter stärker och kompletterar varandra, så att vi tillsammans utgör en internationellt sett mycket stark forskningskonstellation.

Forskningsprojektet Den nya Vintergatan består av tre delar: (A) utveckling av avancerade verktyg för grundämnesanalys av stora spektroskopiska genommönstringar; (B) utnyttjande av de första Gaia-resultaten tillsammans med spektroskopiska data för en fördjupad bild av Vintergatan; (C) deltagande i ett konsortium för att bygga en mångfiberspektrograf med hög upplösning. Alla delprojekten kräver personella resurser utöver de befintliga; för C behövs dessutom ett direkt tillskott till finansieringen av spektrografens högupplösningsdel. Denna ansökan avser dels bidrag till kostnaderna för (befintlig och projektanställd) personal i Lund och Uppsala, dels en kontantinsats i spektrografkonstruktionen. Lund-Uppsala-gruppen kan därmed optimalt utnyttja, bredda och fördjupa svensk kompetens inom ett forskningsområde som kommer att genomgå en spektakulär utveckling under de närmaste 10–15 åren.