Atomär astrofysik för att bestämma Vintergatans kemi

Atomär astrofysik

Ljuset som universums olika objekt, som stjärnor, planeter, galaxer, supernovor och tunna gasmoln, skickar ut innehåller information om vilka grundämnen objekten är uppbyggda av. För att tolka ljuset behöver vi kunskap om de atomer som skickar ut ljuset.

Atomär astrofysik handlar om att kartlägga och förstå hur samt i vilka banor elektronerna rör sig kring atomkärnan. Detta påverkar hur atomerna absorberar och skickar ut ljus. Genom att dela upp ljuset i dess olika färger och våglängder ser varje atom olika ut. Detta är nyckeln till att göra förekomstanalys på de flesta astronomiska objekt, som stjärnor, galaxer, supernovor och även exoplaneter. Förutom information om vilka ämnen som finns berättar ljuset också om de fysikaliska förhållandena i objektet, t ex temperatur, densitet och tryck. Ljuset kan alltså användas som en termometer och barometer för avlägsna stjärnor i andra galaxer.

Spektroskopi av stjärnor

Solen ser gul ut när vi tittar på den med det nakna ögat, men om vi delar upp ljuset i dess olika färger eller våglängder, ett sk spektrum, så ser vi att hela regnbågen finns representerad. Det är också tydligt att vissa specifika färger saknas. Detta ljus har absorberats av atomerna i solens atmosfär, och varje svart streck innehåller information om ämnets halt. Genom att analysera hela spektrumet, dvs de svarta linjerna, kan vi ta reda på temperaturen, densiteten, trycket och den kemiska sammansättningen för solens atmosfär. Motsvarande spektrum kan observeras av de andra stjärnorna i Vintergatan och även i andra galaxer.

Mätning i laboratoriet

För att veta vilka ämnen som absorptionslinjerna (de
svarta strecken i t ex solspektrumet) motsvarar måste
vi ha information om atomernas uppbyggnad. Det tar vi fram genom laboratoriemätningar eller beräkningar.

I mätningarna hettas ämnet som ska analyseras upp, så att atomerna frigör sig från varandra och bildar en het gas som motsvarar stjärnans atmosfär. Ljuset som skickas ut uppkommer då elektronerna i atomerna byter banor, och det utskickade ljusets våglängd beror på de ingående nivåerna i atomen. Ljuset registreras med en spektrometer och från dessa byggs atomens struktur upp. De
uppmätta våglängderna jämförs också direkt med
de astronomiska spektrerna.

Kvantmekaniska beräkningar

Den atomära strukturen, dvs hur elektronerna formerar sig kring atomkärnan, och de olika övergångarna mellan dessa tillstånd kan också beräknas genom att lösa kvantmekaniska ekvationer. För vissa typer av
atomer och joner kan detta ge ett bättre resultat, t ex för atomer som inte kan hanteras i laboratoriet eller är högt joniserade. Utmaningen ligger i de många frihetsgraderna som krävs för ett noggrant resultat.

Analyser av nebulosor

Förutom vanliga stjärnor studerar vi även objekt med gasutkastningar, som t ex Eta Carinae. Eta är en av Vintergatans största stjärnor, med en massa på över 100 gånger solens, och en ljusstyrka som är 1 miljon gånger så stor. Denna typ av stjärnor tillverkar stora mängder tyngre grundämnen som sprids till omgivningen när de exploderar som supernovor. Spektrumet av Eta Carinae låter oss studera dessa stjärnor innan de exploderar.

Dessutom är de astrofysikaliska laboratorier, där vi kan studera hur ljuset och atomerna växelverkar under förhållanden som vi inte kan återskapa på jorden. Stjärnorna kan då hjälpa oss i andra delar av forskningen med resultat vi inte kan få i vanliga laboratorieförsök.

Atomär astrofysik vid Malmö universitet

I forskningen vid Malmö universitet kombinerar vi beräkningar, experimentella undersökningar av atomer, och kan då angripa mer komplexa problem och få ett mer heltäckande resultat. Detta är helt nödvändigt för att kunna analysera ljuset från kosmos. Våra stjärnmodeller kan då bättre undersöka Vintergatan kemiska sammansättning.

Nedladdningsbart material

Atomär Astrofysik

Undrar du över något? Ställ en fråga till utställaren!

0 Frågor och svar
Inline Feedbacks
Visa alla kommentarer