Experimental and Computational Atomic Spectroscopy for Astrophysics : Oscillator strengths and lifetimes for Mg I, Si I, Si II, Sc I, and Sc II
Författare
Summary, in Swedish
Precis efter Big Bang fanns endast tre grundämnen: väte, helium och en liten mängd litium. De första stjärnorna föddes i gasmoln som innehöll dessa ämnen. När den första generationen stjärnor i slutet av sina liv exploderade som supernovor spreds de tyngre grundämnena som tillverkats ut i det interstellära mediet. Nästa generations stjärnor bildades från detta berikade medium, och innehöll därför fler metaller. Fortsatta cykler av födsel och död av stjärnor berikar universum med högre ymnighet av metallerna. I stjärnor med liten massa, som vår sol, bildas flera lättare ämnen i stjärncentrum, medan neutroninfångningsämnen på grund av långsamma neutroninfångningsreaktioner bildas i stjärnornas inre. Dessa ämnen berikar stjärnatmosfären när de förflyttas upp till ytan under den så kallade AGB-fasen, innan stjärnan blir en planetarisk nebulosa. Under denna fas skickas stjärnans yttre lager ut av stjärnvindarna och resterande kärna kallas en vit dvärg. Stjärnor med stor massa kan producera ämnen upp till järn under sina livstider och tyngre ämnen bildas medan de exploderar som supernovor i slutet av sina liv.
Majoriteten av informationen vi har om stjärnor är dold i deras ljus. Astronomer analyserar ljuset från stjärnor för att förstå vilka atomer och molekyler som finns och i vilka ymnigheter de finns i stjärnorna. Eftersom stjärnor i vår galax oftast avspeglar det interstellära medium där de föddes kan analysen av stjärnornas ljus fungera som ett verktyg för att konstruera den evolutionära historien för Vintergatan. För att analysera ljuset är atomära data såsom våglängder och oscillatorstyrkor för övergångar grundläggande. För vissa element är emellertid dessa data ofullständiga eller av låg kvalitet, särskilt i det infraröda området. Detta gör det i sin tur svårt att studera den galaktiska utvecklingen med hjälp av infraröda spektra. Mitt arbete har varit inriktat på bestämma saknad atomdata och förbättra befintliga data, med fokus på oscillatorstyrkor.
Teknikerna har varit både experimentella och beräkningsbaserade. Experimentella
mätningar har utförts vid Edlén-laboratoriet vid den astronomiska institutionen, Lund High Power Laser Facility vid Fysikinstiutionen vid Lunds universitet samt Blackett Laboratory vid Imperial College i London. Vi har använt högupplösande Fourier-transformationsspektrometrar med en hålkatodurladdningsljuskälla samt pulsade lasrar för att mäta livstider. I laboratoriet har vi skapat plasmor med de grundämnen som vi vill studera. Genom att studera ljuset från dessa plasmor har de atomära parametrar, såsom oscillatorstyrkor som relaterar till linjernas inre styrka, och livstider som relaterar till populationen hos atomära tillstånd innan de faller ner till lägre nivåer, bestämts. I de fall där övergångar faller i våglängdsområden som inte experimentinställningen är känslig för eller för tillstånd som inte populeras, har vi använt beräkningar för att komplettera saknade atomparametrar. Genom att utföra storskaliga atomstrukturberäkningar med hjälp av programpaketen ATSP2K och GRASP2K kan vi bestämma atomparametrar noggrant.
En omfattande uppsättning noggranna atomdata för ett stort våglängdsintervall har uppnåtts genom att kombinera experiment och beräkningar. De experimentella
resultaten, vilka har små osäkerheter, överensstämmer väl med de tidigare mätningarna i det synliga området och med beräkningar i det aktuella arbetet. Dessutom kompletterar teoretiska beräkningar experimentella värden för ej observerade eller osäkra övergångar. De rapporterade våglängderna hjälper till att erhålla den kemiska sammansättningen, medan oscillatorstyrkor och övergångsstyrkor kan användas för att bestämma ymnigheterna i stjärnor, nebulosor eller till och med planetatmosfärer.
Majoriteten av informationen vi har om stjärnor är dold i deras ljus. Astronomer analyserar ljuset från stjärnor för att förstå vilka atomer och molekyler som finns och i vilka ymnigheter de finns i stjärnorna. Eftersom stjärnor i vår galax oftast avspeglar det interstellära medium där de föddes kan analysen av stjärnornas ljus fungera som ett verktyg för att konstruera den evolutionära historien för Vintergatan. För att analysera ljuset är atomära data såsom våglängder och oscillatorstyrkor för övergångar grundläggande. För vissa element är emellertid dessa data ofullständiga eller av låg kvalitet, särskilt i det infraröda området. Detta gör det i sin tur svårt att studera den galaktiska utvecklingen med hjälp av infraröda spektra. Mitt arbete har varit inriktat på bestämma saknad atomdata och förbättra befintliga data, med fokus på oscillatorstyrkor.
Teknikerna har varit både experimentella och beräkningsbaserade. Experimentella
mätningar har utförts vid Edlén-laboratoriet vid den astronomiska institutionen, Lund High Power Laser Facility vid Fysikinstiutionen vid Lunds universitet samt Blackett Laboratory vid Imperial College i London. Vi har använt högupplösande Fourier-transformationsspektrometrar med en hålkatodurladdningsljuskälla samt pulsade lasrar för att mäta livstider. I laboratoriet har vi skapat plasmor med de grundämnen som vi vill studera. Genom att studera ljuset från dessa plasmor har de atomära parametrar, såsom oscillatorstyrkor som relaterar till linjernas inre styrka, och livstider som relaterar till populationen hos atomära tillstånd innan de faller ner till lägre nivåer, bestämts. I de fall där övergångar faller i våglängdsområden som inte experimentinställningen är känslig för eller för tillstånd som inte populeras, har vi använt beräkningar för att komplettera saknade atomparametrar. Genom att utföra storskaliga atomstrukturberäkningar med hjälp av programpaketen ATSP2K och GRASP2K kan vi bestämma atomparametrar noggrant.
En omfattande uppsättning noggranna atomdata för ett stort våglängdsintervall har uppnåtts genom att kombinera experiment och beräkningar. De experimentella
resultaten, vilka har små osäkerheter, överensstämmer väl med de tidigare mätningarna i det synliga området och med beräkningar i det aktuella arbetet. Dessutom kompletterar teoretiska beräkningar experimentella värden för ej observerade eller osäkra övergångar. De rapporterade våglängderna hjälper till att erhålla den kemiska sammansättningen, medan oscillatorstyrkor och övergångsstyrkor kan användas för att bestämma ymnigheterna i stjärnor, nebulosor eller till och med planetatmosfärer.
Avdelning/ar
Publiceringsår
2018-02
Språk
Engelska
Dokumenttyp
Doktorsavhandling
Förlag
Lund University, Faculty of Science, Department of Astronomy and Theoretical Physics
Ämne
- Atom and Molecular Physics and Optics
- Astronomy, Astrophysics and Cosmology
Nyckelord
- Atomic Data
- Astrophysics - Solar and Stellar Astrophysics
Status
Published
Handledare
- Henrik Hartman
- Per Jönsson
- Hampus Nilsson
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISBN: 978-91-7753-534-8
- ISBN: 978-91-7753-533-1
Försvarsdatum
22 mars 2018
Försvarstid
09:00
Försvarsplats
Lundmark lecture hall, Lund Observatory, Sölvegatan 27
Opponent
- Gillian Nave (Dr.)