Projektanslag

Ny utrustning visar stjärnornas plats i rymden

En nyuppskjuten satellit och skarpare mätutrustning på jorden ska ge forskare stora mängder ny information. Gradvis klarnar Vintergatans historia.

Sedan universum var ungt har stjärnor bildats, levt och dött. De tyngsta stjärnorna slutar sina liv som supernovor, enorma explosioner som slungar ut material i rymden. Materialet kan bilda grunden för nya stjärnor.

– De stjärnor vi tittar på är antingen jättestjärnor eller dvärgstjärnor. Främst dvärgstjärnor, eftersom de inte ändrar sig så mycket med tiden – vi föredrar extremt tråkiga stjärnor. Dvärgstjärnorna förbrukar långsamt sitt bränsle, men deras yttre atmosfär är likadan i många miljarder år, säger Sofia Feltzing, professor i astronomi vid Lunds universitet.

Stjärnans atmosfär blir som en tidskapsel som visar forskarna precis vilka grundämnen som dominerade rymden där stjärnan bildades. Inuti stjärnor bildas nya grundämnen och dessa sprids i rymden om stjärnan slutar sitt liv i en explosion – så varje ny generation stjärnor innehåller en annorlunda sammansättning ämnen än den gamla. Det går alltså att titta bakåt och se hur universum såg ut för flera miljarder år sedan, och dessutom jämföra olika stjärnors ålder.

Ny satellit kartlägger en miljard stjärnor

Entusiastiskt berättar Sofia Feltzing om hur den nya europeiska rymdsonden Gaia, som sköts upp i december 2013, kommer att ”förändra allting” för astronomerna. Gaia kommer att mäta avståndet till över en miljard himlakroppar i Vintergatan, ungefär 1 procent av de som finns, och bestämma deras positioner. I dag känner forskarna till positionen för ungefär 100 000 stjärnor, och de ligger alla nära solen. Det är i alla fall så Sofia Feltzing uttrycker det: för astronomer är 3–400 ljusår ”nära”.

– Gaia kommer att mäta avstånd och rörelse och lite grundämneshalter. Rörelsen i sidled kan sonden alltid mäta, rörelsen i siktlinjen kan den mäta för ungefär 10 procent av stjärnorna, de som är ljusstarkast.

Det är först när forskarna vet exakt var stjärnorna är som det är riktigt intressant att mäta deras sammansättning. Om två stjärnor nära varandra är olika säger det något helt annat än om två mycket avlägsna stjärnor är det. Om två närliggande stjärnor är olika har kanske en kommit dit genom att en annan galax har kolliderat med Vintergatan. Eller också har en stjärna snabbt förflyttat sig inom galaxen.

– Det ställer till det en del för våra observationer att stjärnorna kan flytta sig ganska hastigt inom Vintergatans diskar. Eller kanske är det bara en disk, det är vi inte heller helt säkra på ännu. Det kan Gaia också lära oss mer om, säger Sofia Feltzing.

Mer data än någonsin förr

Anslaget från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse kommer att användas på tre sätt. För det första finansierar det ett samarbete mellan forskare i Lund och Uppsala kring analys av data. Grupperna jobbar redan ihop, men de nya pengarna garanterar att man kan fortsätta. För det andra ska pengarna delfinansiera ett internationellt instrument kallat 4MOST, en spektrograf som analyserar stjärnljusets spektrum. Det visar vilka grundämnen stjärnatmosfärerna innehåller. För det tredje ska forskarna vidareutveckla och förbättra metoder för analys av ett stort antal spektra på en gång.

Gaia och 4MOST kommer tillsammans ge större mängder data och mer exakta data än forskarna någonsin förr haft tillgång till. När Gaia positionsbestämt en stjärna kan man undersöka den med hjälp av spektrografen, genom att rikta en optisk fiber så att enbart ljuset från den stjärnan tas in. För att kunna göra detta för miljontals stjärnor krävs nya analysmetoder och avancerade statistiska beräkningar.

Astronomiska instrument har tidigare ofta byggts för att göra något specifikt – men de mest spektakulära resultaten har handlat om något som konstruktörerna inte ens kunde föreställa sig.

– 4MOST och Gaia är inte designade för en viss observation, utan de är instrument som man kan ställa flera frågor till. De ger massiva mängder data, så vi måste träna oss på att välja och analysera, säger Sofia Feltzing.

Vintergatan visar hur galaxer bildas

Målet med hela projektet är att bättre förstå Vintergatan, och få veta mer om hur galaxer bildas och varför de ser ut som de gör. Sofia Feltzing hoppas också på nya samarbeten mellan olika inriktningar inom astronomin.

– I dag har vi astronomer en teori för hur allt i universum blev till, som förklarar bland annat hur galaxerna är fördelade i rymden mycket bra. Men den är ganska usel på att förklara hur enskilda galaxer har bildats och utvecklats. För att utforma bättre modeller för det krävs mer kunskap om enskilda galaxer, som Vintergatan. Dessutom måste vi som studerar Vintergatan samarbetar med forskare som gör modeller av hur stjärnor rör sig i galaxer. Tillsammans kan vi bygga ny kunskap som förs in i de jättestora modellerna – de som förklarar hur allt kommit att bli precis så som det är.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström
Bild Gaia ESA