Camilla Juul Hansen – Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Alumni > Julekalender 2017 > Julekalender 2016 > 21. december

21. december: Den kemiske udvikling af Mælkevejen

KU's Alumneforening har bedt forskere fra Københavns Universitet om at fortælle om deres aktuelle forskningsprojekter. Det er tilsammen blevet til de 24 låger i årets forskningsjulekalender, hvor du kan læse om alt fra juleflæsk til mediernes fremstilling af julen. I dagens låge fortæller Camilla Juul Hansen fra Det Naturvidenskabelige Fakultet om sin forskning i astrofysik og supernovaer.

Kemiske grundstoffer

De kemiske grundstoffer vi kender fra det periodiske system fra H til U indgår ofte i vores hverdag i alt fra mobiltelefoner til tandpasta, og i langt de fleste tilfælde kommer disse grundstoffer fra eksplosioner i rummet. Grundstofferne op til jern (atomnummer 26) dannes i stjerner der er mere massive end solen. I disse dannelsesprocesser genereres den energi, som får stjerner til at lyse. Derimod vil grundstoffer der er tungere end jern kræve energi i stedet for at frigive energi, og dette fører til at stjernen kollapser og eksploderer som en supernova. I disse voldsomme eksplosioner udsendes gas, som er rig på et hav af grundstoffer og i nogle tilfælde efterlades der en meget kompakt neutronstjerne. Den eksakte gassammensætning afhænger af f.eks. supernovaens energi og masse.

En stjernes død fører til en ny stjernes fødsel

I selve eksplosionen nedbrydes nogle af de grundstoffer, som stjernen har dannet, og dette resulterer i en mange frie elektroner, protoner, neutrinoer, og neutroner. Det er netop disse neutroner der, fordi de er neutralt ladet, via kerneprocesser kan indfanges på andre grundstoffer og opbygge de tungeste grundstoffer som sølv, guld og uran.

Den udsendte gas fra supernovaen spredes i verdensrummet, hvor den køles, klumper sammen og danner nye stjerner. På den måde fører en stjernes død til en ny stjernes fødsel og gassen fra eksplosionen indgår i et kosmisk genbrugsscenarie. Derfor bliver senere generationer af stjerner gradvist rigere på de tunge grundstoffer.

Svære målinger

Observationelt er det meget svært at måle den præcise komposition af gassen der udsendes direkte i eksplosionen og det er umuligt at foretage sådanne målinger af f.eks. guld på denne måde. Det er derimod muligt at observere den efterfølgende stjernegeneration og nøjagtigt måle deres kemiske sammensætning, som direkte stammer fra supernovaerne. Ved at benytte store 8m teleskoper i Chile med høj opløsnings spektrografer samt Hubble rumteleskopet, kan vi studere kemien af lavmasse stjerner (som Solen eller mindre massive) og bestemme forekomsten af op til 70 grundstoffer fra det periodiske system.

Dette arbejder jeg med, og det er til dags dato den eneste måde, hvorpå vi præcist kan spore den kemiske udvikling af Mælkevejen samt finde massen, energien og gas-kemien fra individuelle supernovaer. Nogle forskere mener endda at have set spor fra de første stjerner i universet. Disse ledetråde håber vi at kunne finde flere af med den nye generation af multiobjekt spektrografer i 2020’erne, heriblandt 4MOST og HIRES, som jeg er involveret i. 

Nye konklusioner

Kun ved at kombinere forskellige astrofysiske observationer, så som spektralanalyse af lavmasse stjerner, med kernefysiske eksperimenter, og teoretiske studier af gassammensætningen fra supernovaer kan vi drage nye konklusioner. Ud fra disse sammenligninger har vi lært at neutrino-rige vinde fra supernovaer kan danne grundstofferne op til og med sølv, mens endnu mere neutron-rige miljøer er nødvendige for at opbygge de tungeste grundstoffer som guld og uran (se figur).

Takket være infrarøde billeder ved vi at f.eks. lanthan og guld dannes, når to neutronstjerner smelter sammen, som aLIGO i fremtiden vil kunne detektere tyngdebølger fra. Sådanne sammensmeltninger forekommer ikke lige så tit som supernova eksplosioner, til gengæld kan de danne større mængder af de tungeste grundstoffer.

Derfor: Skulle du være så heldig og få et guldring til jul, så er rå-metallet dannet ude i rummet i seks til ni supernovaer eller en neutronstjerne-sammensmeltning.

Figuren viser grundstofforekomsten af strontium til europium observeret i en af de ældste stjerner vi kender (>13mia år) sammenlignet med en 2D supernova model. Grundstofferne Sr – Ag kan dannes i supernova eksplosionen og den efterfølgende neutrino-vind, mens Ba og Eu kræver flere neutroner end modellen forudsiger. Dem kan neutronstjerne-sammensmeltningen leverer. (Klik på bill. for at se stor version)

Læs mere

Læs mere om emnet i denne artikel fra Nasa her.

Mød også

I morgen kan du i KU's forskningsjulekalender 2016 møde Bjørn Lovén, der fortæller om sine aktuelle arkæologiske udgravninger af to af Antikkens vigtigste havne i Grækenland.