Noggranna kemiska sammansättningar av sollika stjärnor

Projekttitel: Noggranna kemiska sammansättningar av sollika stjärnor
Huvudsökande: Anish Amarsi, avdelningen för astronomi och rymdfysik
Beviljade medel: 3 800 000 SEK för perioden 2021-2024

Sedan tidernas begynnelse har människan vänt sig mot stjärnorna på natthimlen för att försöka förstå sin plats i universum. Denna drivkraft kvarstår än idag, och med våra alltmer kraftfulla teleskop är det nu mer uppenbart än någonsin att stjärnor innehåller svar på fundamentala frågor inom astronomi.

Den kemiska sammansättningen av grundämnen i stjärnor ger ledtrådar till ”var” och ”när” i universums utveckling de skapats. Information om de gasmoln som stjärnorna föddes ur för miljarder av år sedan finns också bevarat i stjärnorna vilket är intressant av flera olika anledningar. Vi kan till exempel analysera en stjärnas sammansättning för att undersöka hur eventuella planeter kring den bildas, och vad dessa planeter i så fall skulle bestå av. Genom att studera stjärnor av olika åldrar kan vi kan också dra slutsatser om hur vår galax skapats och utvecklats – till exempel om den tidigare kolliderat och slagits samman med en annan galax. Dessa utgör några av de viktigaste vetenskapliga frågor som astronomer just nu försöker svara på. Att studera stjärnor som liknar vår sol anses extra viktigt. Vi förstår sådana typer av stjärnor relativt väl eftersom dom är lätta att observera då de är många och ljusstarka, men viktigast av allt är såklart att vi av egen erfarenhet vet att liv är möjligt runt sådana ”sol-lika” stjärnor.

En stor utmaning är att mäta stjärnornas kemiska komposition så noggrant som möjligt. Den information som vi har om en stjärna har extraherats från den lilla del av dess ljus som nått jorden. En stjärna lyser med ljus av alla färger, av vilken en liten del absorberas av olika atomer och molekyler under ljusets resa ut genom stjärnans atmosfär. Genom att modellera denna process och sedan jämföra med observationer kan vi avgöra vad stjärnans sammansättning är. Ett grundläggande problem är att dessa teoretiska modeller ofta är väldigt komplicerade. Traditionellt har man antagit att stjärnatmosfären är endimensionell och statisk, och att partikelkollisioner inträffar så ofta att man kan anta så kallad ”termisk jämvikt” (att alla partiklar anses ha samma temperatur). Vi vet dock från observationer av solen att så inte är fallet i verkligheten. Gasflöden i stjärnatmosfärer sker i alla tre riktningar i rummet, inte bara i en dimension, och flödet varierar också med tiden. Utöver det så är densiteten av partiklar för låg för att antagandet om termisk jämvikt ska hålla.

Syftet med detta projekt är att genom en ny generation av realistiska stjärnmodeller, utnyttja stjärnljuset för att öka vår förståelse om både exoplaneter och om vår galax. De nya modellerna beskriver stjärnan i tre dimensioner, och kan därmed beskriva de tidigare nämnda gasflödena mycket mer noggrant. Utöver det släpper vi också kravet på termisk jämvikt. Genom att sedan kombinera dessa nya, mer realistiska, modeller med tidigare observationer av sol-lika stjärnor kan vi omtolka deras kemiska sammansättning med mycket högre noggrannhet. Denna detaljerade analys kommer ge oss data som sedan kan användas för att undersöka eventuella planeter kring dessa stjärnor, men också egenskaperna hos den omgivande galaxen; information som tidigare varit gömd under bruset från osäkra modeller.

Modellerna producerade i det här projektet kommer kunna användas i framtida observationer av stjärnorna på natthimlen av astronomer världen över, och förhoppningsvis öppna nya dörrar till universums hemligheter.