#62: Ny multispektrograf kan skriva om Vintergatans historia

Av Sofia Feltzing

Vintergatan är en av miljardtals galaxer i universum. Fram till mitten av 1990-talet trodde vi att vår galax var en lugn plats. Men ett antal studier kom att ändra på det antagandet. De främsta av dessa är  Hipparcos-satellitens data som visar att i solens närhet hänger stjärnors banparametrar samman med deras ålder och innehåll av tyngre grundämnen. Den andra viktiga upptäckten är att man hittade Sagittariusdvärgen, en liten galax som håller på att slitas sönder av Vintergatan. Resterna efter den sträcker sig över hela himlavalvet. Vintergatan blev plötsligt en plats där oväntade saker kunde hända. Samtidigt blev en stor stjärnstudie, ledd av Uppsala-astronomer, klar. Tillsammans med kollegor i Austin, Texas, hade de tagit högupplösta spektra av nästan tvåhundra stjärnor. Analysen visade för första gången att man kan göra mycket precisa mätningar av grundämneshalterna för stora mängder stjärnor.

Resterna av Sagittariusdvärgen kretsar fortfarande kring Vintergatan. Figur: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt, SSC & Caltech.

De yttre lagren av stjärnors atmosfärer innehåller information om var de bildades. Alla grundämnen förutom de allra lättaste bildas genom kärnprocesser i stjärnors inre eller i de explosiva slutstadierna av en stjärnas liv. Grundämnena slängs ut i rymden och nästa generations stjärnor kommer att få högre halter av grundämnena än den föregående generationen. Olika grundämnen ökar olika snabbt i gasen över tid. Kanske strömmar det in alldeles färsk gas i galaxen. Då minskar grundämneshalterna istället i nästa generation. Det visar sig alltså att studiet av grundämneshalter i stjärnor har stor potential att berätta hur en galax har bildats och utvecklats över tid. För att komma åt denna information behöver vi registrera absorptionslinjer i stjärnors spektrum. Dessa linjer uppstår på grund av att atomer i stjärnans atmosfär absorberar ljus vid mycket specifika våglängder. Varje grundämne sätter sitt eget speciella avtryck. Därför behöver vi spektra av så många stjärnor som möjligt för att kunna lägga det stora pusslet om hur Vintergatan bildades.

ESA:s Gaia-satellit visar hur stjärnor rör sig på himlen, men för de mer ljussvaga stjärnorna behöver vi jordbaserade spektra för att bestämma mängden av olika grundämnen och för att mäta stjärnornas rörelse längs synlinjen, en rörelsekomponent som Gaia inte kan fånga. Flera projekt har bidragit med sådana data och fler är på gång. Ett av de allra största är 4-metre Multi-Object Spectroscopic Telescope, förkortat 4MOST. Finessen med instrumentet är att det vi varje exponering, och med hjälp av optiska fibrer, kan ta spektrum på många stjärnor åt gången. Själva instrumentet består av tre spektrografer – två med mellanstor upplösning med vardera 800 optiska fibrer samt en högupplöst spektrograf också den med 800 fibrer. Det betyder att på en enda gång kan 4MOST registrera spektra för 2400 objekt. 4MOST kommer att monteras i Europeiska Sydobservatoriets VISTA-teleskop i Atacama-öknen i Chile och börjar observera i slutet av 2022. Synfältet är imponerande stort, hela 4 kvadratgrader. Totalt planerar vi att ta spektra för 15-20 miljoner stjärnor under en femårskampanj.

4MOST är ett mycket avancerat spektroskop som konstrueras för att monteras i det redan befintliga VISTA-teleskopet vid Paranal i Chile. Foto: ESO/H.H.Heyer.

För att bygga 4MOST och genomföra den stora genommönstringen har ett konsortium bildats (mer om instrumentet och vilka som är med på www.4most.eu). I ett så stort samarbete, mer än 300 forskare, måste arbetet delas upp. Flera institut bygger tillsammans de tre spektrograferna. Andra fokuserar på analysen av spektra. Alla deltar i att utforma observationsprogrammet. I Sverige jobbar forskare i Stockholm och Lund med att utveckla automatiserade analysprogram för stjärnspektra, medan forskare i Uppsala arbetar med att förbättra den fysikaliska analysen av dessa spektra. Själv är jag så kallad Project scientist och hjälper därmed till att leda mycket av forskningsorganisationen.

En ritning som visar 4MOST monterat i VISTA-teleskopet. Figur: 4MOST Consortium.

4MOST kommer att spotta ur sig omkring 10 000 stjärnspektra per natt. Detta ger stora utmaningar jämfört med tidigare projekt. Det går inte längre att lägga spektra på hög och analysera senare utan vi måste få till en process som kör kontinuerligt. Vi tittar därför på möjligheter att använda olika typer av maskininlärning för analysen. Detta är en ganska ny tillämpning inom astronomin. Metoderna har visat sig vara mycket effektiva. Det tar mindre än en sekund att analysera ett spektrum jämfört med den timslånga analysen som krävs om man använder en realistisk fysikalisk modell. Vi studerar hur bra analyserna kan bli och hur de två metodikerna bäst kan kombineras.

Vad tror vi då att vi skall hitta när vi väl får alla dessa data? Det kommer att bli en kombination av svar på specifika frågeställningar och nya, oväntade upptäckter. Till exempel kommer vi att kunna bättre beskriva utsträckningen och strukturen hos Vintergatans mörka materiehalo, i detalj kunna karakterisera Vintergatans stjärndisk och därmed också förstå hur den bildats och studera hur stjärnhalon har pusslats ihop. Vi kommer också lära oss nya saker. Så är det ofta inom astronomin – med nya observationer besvarar vi inte bara redan kända frågeställningar utan vi hittar helt nya fakta som hjälper oss att nyansera bilden av universum och dess beståndsdelar och får oss att ställa nya frågor.

I detta videoklipp berättar Sofia Feltzing mer om 4MOST och vad man hoppas lära sig av det. Film: Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.

Lämna ett svar

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *