The status of neutron-capture elements according to Gaia-ESO.

Abstract

The aim of this thesis is to get a better understanding of the evolution of the Milky Way
stellar disc by looking at the abundance ratios for neutron-capture elements in thin and
thick disc stars.
In this project the formation of our Galaxy’s thin and thick disc was studied by
analysing 10 different neutron-capture elements in field stars measured by Gaia-ESO. The
methodology to determine if this new data by Gaia-ESO was reliable was first to match
the new data to existing done by Fulbright (2000), Koch & Edvardsson (2002), Yong
et al. (2005), Carretta et al. (2011) and Battistini & Bensby (2016). By fitting synthesised
spectra to match the observed spectra, the limit for the lowest signal-to-noise ratio
for trustworthy measurements was determined and the calculated abundance ratio were
compared to the measured ones to verify the new data.
Abundance results for up to 1486 stars are presented for Y, Zr, Mo, Ba, La, Ce, Pr, Nd
and Eu. For the abundance ratio, [x/Fe], against the metallicity, [Fe/H], the general trend
showed decreasing abundance ratios with increasing metallicity. This suggests that many
elements were, relatively to Fe, more abundant in the early Galaxy, when the r-process
was more active because of type-II supernovae (SN II) stars. Y and Ba illustrated a more
flat tendency which indicates that they are produced via the s-process mostly, from AGB
stars that enrich the environment when the Galaxy is older.
The abundance ratio, [x/Fe] as a function of age showed that a change in slope is seen
around 8 Gyr for some elements. Thick disc stars show an overall decrease in abundance
ratio with respect to younger ages, which is due to the reduction of SN II with time, that
causes the slowdown in production of r-process elements. For the thin disc, the general
trend is flat, this can be explained by the main enrichment from the AGB stars for the
s-process is balanced out by the production of Fe from type-Ia supernovae (SN Ia).

Popular Abstract (Swedish)

I dagens samhälle kan mycket förklaras med hjälp av fysik, men det finns också väldigt mycket som vi inte kan förklara eller förstår fullt ut. Ett exempel på detta är vår egen galax, Vintergatan. Hur bildades den? Varför ser den ut som den gör? Det finns flera teorier om hur det kan ha gått till, men mycket är ännu oklart för forskare. Teorierna måste testas.
I dag består Vintergatan av många olika delar, bland annat en tunn och en tjock disk. Det går att skilja den tjocka och tunna disken åt genom stjärnornas ålder. De stjärnor som är äldre än 8 miljarder år hittas ofta i den tjocka disken medan stjärnor yngre än 8 miljarder år oftast befinner sig i den tunna disken. Men hur kommer det sig? Genom att undersöka vad stjärnor innehåller för olika ämnen och ser hur det spridit ut sig i galaxen kan man få en bild utav hur Vintergatan har utvecklats.
Det periodiska systemet innehåller många olika ämnen. Många av de tyngre grundämnena, med atomnummer större än 30, som till exempel strontium och yttrium, produceras via neutroninfångning. Neutroninfångning är en process där en neutron krockar med en atomkärna för att tillsammans bilda en tyngre kärna, som när en bil skulle krocka med en annan bil för att bilda en tyngre och större lastbil. Denna process kan ske antingen långsamt eller snabbt, precis som bilar som kan köra i olika hastigheter. De långsamt bildade kärnorna har genomgått en så kallad s-process (s står för engelskans "slow") medan de snabbt bildade har skapats av en r-process (r står för engelskans "rapid"). I universum skapas dessa tyngre grundämnen via dessa processer, i antingen explosiva miljöer i r-processen fall, medan s-processen inträffar i lugnare miljöer.
Det rymdbaserade teleskopet Gaia, och ESO som har markbaserade teleskop, kompletterar varandra genom att mäta olika egenskaper hos stjärnorna i Vintergatan. I detta projekt kommer de neutroninfångade ämnena undersökas då nya mätvärden har tagits fram av Gaia-ESO. I det senaste utsläppet från Gaia-ESO har cirka 54 000 stjärnor mätts på egenskaper så som temperatur, ålder, hur mycket av olika grundämnena de innehåller med mera. Det är många fler stjärnor än vad som använts i tidigare forskning.
Genom att undersöka hur mycket av dessa tyngre neutroninfångade ämnena som finns i stjärnorna i vår galax, går det att se hur ämnena har spridit ut sig. Jämförs de här värden med andra egenskaper hos stjärnan, så som stjärnans ålder och temperatur, kan det gå att få en bättre bild och förståelse kring Vintergatan och hur den har utvecklats. Detta är ett viktigt steg i vår förståelse kring universum och hur galaxer skapas och utvecklas.

• author: Strandell, Linnéa
• supervisor: Louise Howes
• organization: Lund Observatory - Undergoing reorganization
• course: ASTK02 20171
• year: 2017
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• keywords: Neutron-capture elements, Gaia-ESO, Milky Way field stars
• publication/series: Lund Observatory Examensarbeten
• report number: 2017-EXA125
• language: English
• id: 8914875
• date added to LUP: 2017-06-16 18:14:55
• date last changed: 2017-06-16 18:14:55