Hubble Space Telescope Spectroscopy of Eta Carinae and Chi Lupi

Abstract: Popular Abstract in Swedish I alla tider har människan förundrats och fascinerats över det stillsamma, men samtidigt spektakulära skådespel, som himlen erbjuder en stjärnklar natt. I tusentals år har vi ställt oss frågan: var någonstans i detta gnistrande myller av stjärnor och planeter, kometer och meteorer, passar vi in? Genom århundradena har vår roll i detta skådespel blivit alltmer undanskuffad. Från att länge ha varit skapelsens centrum, kring vilket allting annat kretsade, har planeten jorden och människorna som bebor den fått finna sig i att bli förvisade till en anonym liten vrå i ett överväldigande stort världsallt. Men medan vår roll på universums scen har blivit allt mindre har vår törst efter kunskap och förståelse hållit sig kvar; vi blickar fortfarande upp i natten och undrar. Ett gigantiskt kliv på denna vår kosmiska upptäcktsfärd togs av Galilei, som var den förste som studerade natthimlen med en kikare och beskrev vad han såg. Sedan dess har vårt tekniska kunnande ökat markant, och i takt med denna utveckling har vi också erbjudits nya spännande möjligheter att utforska rymden omkring oss. De senaste årtiondenas rymdfart, med månfärder och interplanetära satelliter, har gjort att hela vårt solsystem i princip ligger inom räckhåll idag. Vårt kosmiska grannskap har plötsligt krympt en smula. Men till stjärnorna når vi inte. De ligger så ofantligt långt borta att till och med ljuset måste färdas i flera år för att nå mellan dem, och kanske kommer vi aldrig att besöka dem annat än i science-fictionberättelserna. Vill vi utforska stjärnorna är vi helt och fullständigt utelämnade till en sak: ljuset de sänder ut. Eller ofta ljuset de inte sänder ut! En stjärnas inre är ett våldsamt kaos av höga temperaturer och tryck. Där alstras kontinuerlig elektromagnetisk strålning, ljus, som till en god approximation följer Plancks strålningslag. Under sin färd genom de yttre lagren av stjärnan växelverkar ljuset med atomer och joner från en mängd olika grundämnen. Atomerna och jonerna absorberar bort vissa våglängder av ljuset, och det som till sist lämnar stjärnan blir sålunda ett absorptionsspektrum, ett kontinuum av svartkroppsstrålning där vissa våglängder är helt eller delvis bortabsorberade. Vi kallar de bortabsorberade våglängderna för spektrallinjer. Varje grundämne har en egen, unik uppsättning spektrallinjer, som sätter ett atomärt fingeravtryck på ljuset som lämnar stjärnan. Studiet av stjärnspektra blir därmed i mångt och mycket ett atomfysikaliskt problem. Det fina i kråksången är nu att atomerna som bygger upp stjärnorna är identiska med atomerna här på jorden. Genom att studera atomernas spektra i våra laboratorier kan vi alltså dra slutsatser om olika fysikaliska betingelser i stjärnorna. Avdelningen för Atomspektroskopi på Fysiska Institutionen vid Lunds Universitet har en mångårig tradition och har länge varit bland de världsledande i kartläggningen av atomernas fingeravtryck. Allt eftersom de teleskop som används för att observera stjärnorna har blivit större och kraftfullare har de observerade spektrerna blivit mer och mer komplicerade. Vår expertis i Lund har därför de senaste åren blivit en eftersökt samarbetspartner för astronomer runt om i världen, och vår forskning inom atomär astrofysik har lockat många studenter till detta spännande gränsland mellan atomfysik och astronomi. I vårt laboratorium gör vi precisionsmätningar av egenskaperna hos atomernas spektra. Resultaten vi får fram stoppas in i en teoretisk modell av stjärnan vi studerar, och vi kan därmed beräkna ett modellspektrum av stjärnan. Jämförelse mellan teori och verklighet, modellspektrat och det observerade spektrat, avslöjar om modellen av stjärnan är nöjaktig och om vi kan tro på de i modellen ingående parametrarna. På detta sätt kan vi få kunskap om framförallt den kemiska sammansättningen hos stjärnan, men även egenskaper som temperatur, eventuella magnetfält i ytlagren, och stjärnans rotations-hastighet kan bestämmas. En av de märkligare stjärnorna vi har studerat på det här sättet är Chi Lupi i stjärnbilden Vargen. Spektrat av Chi Lupi avslöjar att stjärnan innehåller stora mängder av grundämnen som är sällsynta i normala stjärnor (med normala stjärnor menar man stjärnor som liknar solen). Frågan som återstår att besvaras är nu hur det kommer sig att stjärnor som Chi Lupi skiljer sig så dramatiskt från solen. Varför visar invånarna i universums kosmiska zoo upp så helt olika egenskaper? En annan stjärna vi arbetar med är den mystiska superstjärnan Eta Carinae i stjärnbilden Kölen. Eta Carinae är ett riktigt monster: dess massa är större än hundra solmassor och den lyser lika starkt som sex miljoner solar, vilket gör den till en av de största och ljusstarkaste stjärnorna i Vintergatan. Den omges av en vacker nebulosa, som bildats av gas som har slungats ut från stjärnan under våldsamma utbrott och nu expanderar ut i rymden med hastigheter på hundratals kilometer per sekund. Eta Carinaes spektrum skiljer sig från normala stjärnspektra genom att de spektrallinjer vi ser dyker upp i emission istället för i absorption. Med Hubble Space Telescope kan vi välja ut och studera små enskilda detaljer i den omkringliggande nebulosan och på det viset undersöka hur spektret, och därmed de fysikaliska betingelserna, ändras i olika delar av objektet. Alldeles intill stjärnan ligger gasbubblor, stora som vårt solsystem. Vår besynnerligaste upptäckt är att vissa bubblor verkar fungera som en laser, vars motsvarighet aldrig tidigare har setts i något kosmiskt objekt!