Sarah Ann Bird vid Åbo universitet blir under hösten klar med sin doktorsavhandling om galaxernas halo. Hon gör största delen av sitt arbete i sin studentbostad, på en vanlig bordsdator med vanlig internetuppkoppling.
Text: Marcus Prest
Det Sarah Ann Bird, doktorand i astronomi vid Åbo universitet specifikt undersöker är dynamiken och den kemiska kompositionen i galaxernas halo.
Halo är den nästan sfäriska volym bestående av enskilda stjärnor, stjärnkluster och mörk materia som utgör en del av en galax. I spiralgalaxer, det vill säga galaxer av Vintergatans typ, syns halon särskilt bra mot andra komponenter i galaxens uppbyggnad eftersom den sfäriska formen på halon kontrasterar mot spiralens nästan platta uppbyggnad.
De stjärnor och stjärnkluster som halon består av utgör olika typer av populationer i galaxen. Populationerna har sin egen distribution. Objekttätheten är störst i mitten och tunnas ut mot de yttre regionerna. Halon är också ljusstarkast i den tätaste regionen, det vill säga i kärnan av galaxen, eftersom det är där de ljusaste stjärnorna samlats.
I de yttre regionerna av halon är stjärnorna bevarade i ett tillstånd som ger ledtrådar om deras ursprungliga sammansättning: i dem kan man hitta ledtrådar som ger vinkar om den enskilda galaxens utveckling.
Varför är de yttre stjärnorna bättre bevarade?
– Därför att galaxer samverkar med varandra. De kolliderar med varandra och går in i varandra. De yttre delarna av halon påverkas däremot inte lika mycket av en kollision och behåller därför sina komponenter mera intakta. I de centrala delarna av galaxen har stjärnor, gasmoln och allt annat som rör sig genom galaxen blandats upp på ett sätt som gör det svårt att spåra enskilda händelser. I de yttre regionerna hittar man däremot de ursprungliga komponenterna – gas, damm och annat som inte blandats upp.
– I mitt projekt har jag sammanfört två olika dataset från två olika teleskop.
Det ena datasetet Bird jobbar med kommer från Hubble Space Telescope – datasetet består av NASAs arkiverade data. Arkivet är open source, det vill säga vem som helst kan ta del av den informationen.
Det andra datasetet kommer från VLT, Very Large Telescope i Chile.
Sarah Ann Bird i Tuorlaobservatoriet, Åbo. Foto: Marcus Prest
– VLT består i själva verket av fyra olika teleskop och jag får data från ett instrument som kallas VIMOS (VIsible Multi Object Spectrograph) som är mycket bra på att registrera fotometrisk optisk våglängd, det vill säga för ögat synliga våglängder. Teleskopet och instrumentet är unikt eftersom de ger en väldigt vid vinkel, det vill säga man kan se en stor yta på en gång.
Vad består data du tar från Hubble och NASAs arkiv av?
– Det är bilder på M87, Messier 87 – en galax som är tillräckligt långt borta för att man i samma tagning ska kunna se hela galaxen på en gång. M87 befinner sig i Virgoklustrets centrum, ett område med väldigt många galaxer. Klustret kallas Virgo och ligger i Virgobildens riktning. M87 känner man igen på att den har en ”jetstråle” som skjuter ut från dess centrum.
Varför är jetstrålen intressant?
– Den är intressant eftersom den är unik till sin struktur och galaktiska jetstrålar är annars heller inte vanliga. Dessutom ligger M87 tillräckligt nära för att man ska kunna studera strålens struktur.
Ett av resultaten av den digitala infrastrukturens utbredning som gör distansarbete möjligt över hela planeten är att teleskopen och databankerna är uppkopplade. Det gör att även forskningsarbete med inriktning på fenomen som existerar på tusentals ljusårs avstånd är möjliga att utföra på en laptop med internetuppkoppling.
– Det handlar inte så mycket om att göra stora beräkningar på massiva dataset, vilket kanske skulle kräva en kraftfullare dator och mera tid, som det handlar om att studera bilderna. Jag använder fritt tillgängliga program som IRAF och Source Extractor som med rätt instruktioner plockar ut de ljusstarkaste punkterna i bilderna, det vill säga stjärnorna, och ger dem ett numeriskt värde som refererar till deras ljusstyrka.
– Från VLT får jag data på en galax som heter Centaurus A, om man tittar i astronomiska tabeller är den också betecknad som NGC 5128. I Centaurus A:s data tittar jag på de yttre delarna av halon som är mycket ljussvaga – men som nu syns genom VLT och VIMOS. De data jag har är nya.
Hubble Space Telescope. Foto: NASA.
Rymdteleskopet Hubble placerades i låg omloppsbana runt Jorden år 1990. Hubble har försett astronomin med de mest detaljerade bilderna på universum som någonsin tagits. Hubble kommer antagligen att vara operationsdugligt fram till 2020. Hubbles ersättare James Webb Space Telescope planeras att tas i bruk år 2018.
Både M87 och Centaurus A är elliptiska jättegalaxer. ”Elliptisk” beskriver formen, ”jätte” betyder att de är enormt stora.
– Vi har hittills trott att galaxerna uppstår på ett gemensamt sätt, alltså enligt en standardformel. Men det kan hända att väldigt många av de galaxer vi ser består av få eller flera sammanblandningar eller föreningar av olika galaxer. Det är intressant att se hur M87 och Centaurus A ser ut i jämförelse med andra närliggande galaxer.
– Min forskning har inte medfört någon särskild upptäckt eller något som gör att vi nu måste tänka på ett annat sätt. Den intressanta delen med studiet av halon jag gjort är fördelningen av metaller. M87 och Centaurus A har en liknande fördelning av metaller i sina halon.
Very Large Telescope. Foto: ESO.
VLT, det mycket stora teleskopet underställt European Southern Observatory är beläget i norra Chile. Teleskopet består av fyra individuella 8,2 meters teleskop.
Vilken typ av metaller är det?
– Det handlar inte så mycket om vilken typ av metaller det är utan om hur vantligt förekommande metall är. Ur den informationen får man ett värde som man kan jämföra med halon i andra galaxer. Och den här informationen leder i sig inte heller till något desto mer per automatik. Det är information som kartlägger ett förhållande i universum.
Kommer du att fortsätta din forskning och vad kommer den i så fall att fokusera på i framtiden?
– I framtiden kommer jag antagligen att jobba med samma typ av bilder men studerade från andra perspektiv. Jag kommer antagligen också att koncentrera mig på detaljer i den stora bilden snarare än den stora bilden. Jag kommer också att titta på halo-stjärnorna i vår egen galax.
Sarah Ann Bird jobbar i Mauri Valtonens grupp vid Åbo universitet. Tidigare jobbade hon med Chris Flynn, men han är numera verksam i Australien på Swinburne University of Technology.
• Beskrivning av VIMOS på European Southern Observatorys hemsida:
www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/vimos.html
• Sarah Ann Bird, forskare vid Åbo universitet, blir klar med sin doktorsavhandling ”Halos of Galaxies” i höst. Bird kommer från USA. Hon började sina fysikstudier vid University of Missouri-Colombia.