The cosmic origin of fluorine and sulphur: Infrared spectroscopic studies of red giants

Popular Abstract in Swedish
I Big Bang, då vårt Universum skapades, bildades i princip endast de två lättaste grundämnena, väte och helium. Alla andra grundämnen har skapats, och skapas fortfarande, i olika typer av stjärnor under olika utvecklingsfaser. Detta betyder att precis alla atomer, förutom väte och helium, som bygger upp alla saker, växter, djur och människor i vår omgivning, har bildats i stjärnor.

När stjärnor har bildat nya grundämnen kan dessa antingen bindas kvar i stjärnan (eller stjärnresten), eller genom olika processer kastas ut i rymden. Dessa utkastade rester används sedan till grund för bildandet av nya stjärnor och himlakroppar i det eviga kosmiska kretsloppet. Stjärnornas ständiga atomproduktion betyder därför, på en astronomisk skala, två saker: halten tyngre grundämnen ökar hela tiden i Universum, och ju senare ett astronomiskt objekt, till exempel en stjärna, bildats, desto större halt tunga grundämnen innehåller det. Den typ av astronomisk forskning som går ut på att mäta den ökande halten av tyngre grundämnen kallas galaktisk kemisk utveckling, och dess resultat kan användas på två olika sätt beroende på om den specifika stjärnprocess (eller processer) som bildar det studerade grundämnet är känd eller ej. För grundämnen med okänt ursprung kan bestämmandet av den galaktiska kemiska utvecklingen ge oss information om när och i vilken typ av stjärna (eller stjärnor) som grundämnet bildas, vilket i sin tur kan ge oss insikt i stjärnors liv och hur de bildas och utvecklas. Ifall ett grundämnes ursprung redan är fastställt, kan uppmätandet av den kemiska utvecklingen i en population stjärnor med hittills okänd historia hjälpa till att fastställa hur stjärnpopulationen i fråga har bildats och utvecklats. I den här avhandlingen bestämmer jag, genom spektroskopiska observationer av stjärnor, de tidigare okända galaktiska kemiska utvecklingstrenderna för grundämnena fluor och svavel med målet att förstå deras kosmiska ursprung.

När det gäller fluor är den galaktiska kemiska utvecklingstrenden väldigt osäker då det endast finns ett fåtal tidigare observationer. Fluors kosmiska ursprung kan fortfarande vara från en eller flera av tre olika källor: asymptotiska jättestjärnor, som är sollika stjärnor fast i ett senare utvecklingssteg, kärnkollapsande supernovor, som är de explosioner som innebär slutet för massiva stjärnors liv, eller så kallade Wolf-Rayet-stjärnor som är väldigt massiva stjärnor. I den här avhandlingen drar jag slutsatsen att allt fluor i solens astronomiska närhet sannolikt har bildats av asymptotiska jättestjärnor. Bilden på omslaget av avhandlingen visar en planetarisk nebulosa som är slutresultatet av den asymptotiska jättefasen; den tidigare jättestjärnan har krympt ihop till den lilla vita dvärg som syns mitt i bilden och runt omkring syns tydligt de ämnen stjärnan bildat och kastat ut i sin närhet. I praktiken innebär alltså mitt resultat att allt fluor vi stöter på, även det i vår tandkräm, sannolikt har bildats på detta vis av solens sedan länge döda släktingar, och att de andra två föreslagna produktionsställena - Wolf-Rayet stjärnor och kärnkollapsande supernovor - inte verkar bidra med särskilt mycket fluor.

Kan dock fluorproduktion i de väldigt massiva Wolf-Rayet-stjärnorna bekräftas genom vidare observationer, innebär detta att fluorhalten kan användas för att avgöra andelen massiva stjärnor som funnits och dött i en population stjärnor med okänd historia. I vissa tidigare arbeten, men inte alla, som undersökt de centrala delarna av vår galax - Bulben - har det precis föreslagits att andelen massiva stjärnor har varit större i Bulben än i solens astronomiska närhet. I den här avhandlingen hittar jag möjliga indikationer på flourbildning i Wolf-Rayet-stjärnor i Bulben, vilket skulle innebära att de centrala delarna av vår Galax har utvecklats annorlunda än den mer yttre belägna delen där vi bor.

Gällande svavel förväntas dess galaktiska kemiska utveckling följa de andra alfaämnena\footnote{Alfaämnen är grundämnen som skulle vara möjliga att bilda genom att addera allt fler alfapartiklar, till exempel syre, magnesium, kisel, svavel, calcium och titan.}, och främst bildas i kärnkollapsande supernovor, men tidigare utförda observationer har uppvisat flera olika svavelhaltstrender för gamla stjärnor, och ifrågasätter därmed en del av vår förståelse av bildandet och utvecklingen av vår galax. En av trenderna kan till exempel eventuellt förklaras om det skedde en stor mängd riktigt kraftiga supernovor - hypernovor - tidigt i vår galax historia. I den här avhandlingen bestämmer jag en svavelhaltstrend som följer vad man förväntar sig från etablerade modeller och hittar inga indikationer på att andelen hypernovor skulle vara så stor att den motsäger andra observationer.