Age determination of stellar populations

Abstract

The formation history of the Milky Way galaxy is presently a subject of frequent investigation within astronomy. Of interest when constructing
theories of the Galaxy’s formation is the question of whether or not there exist any gradients regarding ages of the stars within the
stellar disks. In this project, a method for age-determination of stellar populations based on the Sobel Kernel edge detection technique has been
utilised. The method has been tested on existing photometric data (obtained in the Strömgren photometric system) in order to find turnoff
colours for samples of stars. The turn-offs were subsequently compared with isochrones to obtain the age of the youngest population
within each sample. Evaluation of the method yielded that it could indeed be useful for age-determination when searching for gradients
within the stellar disks of the Milky Way galaxy. Suggestions for improvements, additional tests and future applications of the method are
presented. Also included are turn-off colours obtained for the samples;dependent on metallicity, Galactic longitude, distance from the Sun
and height above the Galactic plane.

Abstract (Swedish)

Vintergatan, vårt hem i Universum, är den enda galax vi har möjlighet att
studera i detalj. Med hjälp av observationer och beräkningar vet vi idag
ungefär hur Vintergatan ser ut. Vi vet att Vintergatan består av en tunn
skiva av stjärnor, stoft och gas, kallad den tunna disken. I mitten har den
en utbuktning, kallad bulben. I och runtomkring finns en lite tjockare skiva
med lägre densitet och bestående nästan enbart av stjärnor, kallad den tjocka
disken. Det finns också en sfäriskt formad halo som är glesast av allt. Vi vet också att Galaxens skiva innehåller en struktur med spiralarmar. Detaljerna i Galaxens utseende, och framför allt hur den bildades, är dock fortfarande ett mysterium som dagens astronomer försöker lösa.

För att lösa detta mysterium måste vi studera stjärnorna i Vintergatans
olika delar. Om vi kan undersöka huruvida stjärnorna i den tjocka disken till
exempel är äldre än de i den tunna disken kan detta säga oss någonting om i
vilken ordning diskarna bildades. Men vi vill också ta reda på om stjärnorna
inom den tjocka disken skiljer sig åt i ålder. Då kan vi få ytterligare ledtrådar till hur Vintergatan skapades. Målet med detta arbete är att undersöka åldrar på grupper av stjärnor, kallade populationer, på olika höjd och riktning i Galaxen, för att se hur de skiljer sig åt och om det verkar finnas mönster. Det är svårt att bestämma åldern för en enda stjärna, men det går att bestämma åldern för en population av stjärnor. När stjärnor åldras sväller de upp till röda jättar, och blir också svalare. Vi vet också att tunga stjärnor åldras snabbare än lätta. Eftersom de tunga stjärnorna från början är hetare än de lätta kommer det därför att efter en tid bli så att det inte finns några stjärnor som är varmare än en viss temperatur. Om vi därför lyckas mäta vilken temperatur de hetaste stjärnorna i en population har kan vi sedan ta reda på hur gamla stjärnorna är. Med den här metoden kan vi dock bara hitta den yngsta populationen i en grupp stjärnor.

Vår metod använde ett program skrivet i programmeringsspråket Python
för att analysera mätvärden från observationer av stjärnor i olika riktningar i Vintergatan. Resultaten det gav stämmer överens med dagens teorier om hur Vintergatan ser ut, exempelvis att det finns yngre stjärnpopulationer in mot Galaxens mitt och nära skivan än ut mot kanterna och högre upp. Vi tror att metoden mycket väl kan vara användbar i sökandet efteråldersskillnader inom Galaxens diskar, men först behöver metoden testas på fler stjärnor och exaktheten bestämmas. Metoden kan just nu upptäcka skillnader i ålder, men inte bestämma den faktiska åldern av en särskild population.

• author: Olsson, Tina
• supervisor: Sofia Feltzing
• organization: Lund Observatory - Undergoing reorganization; Department of Astronomy and Theoretical Physics - Undergoing reorganization
• course: ASTK01 20121
• year: 2012
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• publication/series: Lund Observatory Examensarbeten
• language: English
• id: 3048144
• date added to LUP: 2012-09-03 15:57:47
• date last changed: 2012-09-03 15:57:47