Atomär astrofysik för att bestämma vintergatans kemi

Låt eleverna titta på videon, läsa informationstexterna och diskutera innehållet med varandra i mindre grupper.

Ta del av en video där Henrik Hartman, fysiker vid Malmö universitet, ger en introduktion till 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.

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.

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.

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.