Potassium in the Galactic Bulge - as traced by microlensed dwarf & sub-giant stars

Abstract

During this report the potassium (K) trend in the Galactic Bulge, with respect to metallicity and various α-elements, has been computed and evaluated by a method of line synthesis on the 7698.96 ̊A KI line (7699 KI), where Non-Local-Thermal-Equilibrium (NLTE) effects have been considered. Specifically, the α-elements of interest are calcium (Ca), titanium (Ti), silicon (Si), magnesium (Mg) and oxygen (O), due to the fact that these are believed to be valid tracer elements of Potassium due to their limited and/or well defined nucleosynthetic processes. The stellar sample used during the analysis is unique in the sense that it is the first sample of low- to intermediate- mass stars from the Galactic Bulge, making it possible to investigate age dependencies of the metallicity trends.

It is found that, for mildly metal-poor to metal-rich stars, almost all metallicity trends in the bulge exhibit large dispersion compared to what is found in disk(s). It is thus deemed uncertain to evaluate any age dependence’s for any of the trends, the only slight exception being [K/O], where the dispersion is not as large as in the other trends, and a slight age dependence of increasing [K/O] as a function of decreasing age is observed. An investigation of why this dispersion occurs was performed, where it was found that the large majority of the dispersion was due a group of stars exhibiting a unpredictable spectral feature - the 7699 KI was blended with an unknown line of varying strength. Possible explanations of these unknown lines are hypothesized to be due to Diffuse Interstellar Bands (DIBs) or interstellar KI, both of which would yield similar anomalies found in the spectra of said group of stars.

It is thus assumed that no firm conclusion about the dispersion of the K-trends observed in the bulge can be made, due to the unknown nature of the blended lines. However, it is deemed probable that these blended lines contribute to a overestimation of the K abundance, but further investigation of these spectral features is necessary before any firm conclusions can be made about the K-trend and/ or possible enrichment of K in the Galactic Bulge.

Popular Abstract (Swedish)

Sökandet av förståelsen kring hur jorden, solsystemet, galaxen och universum fungerar har under de senaste hundratals åren varit ständiga frågor som vi människor grubblat över. Frågor som vad materia är, vart det kommer ifrån och hur det ter sig var under en lång tid obesvarade frågor. Idag vet vi att många grundämnen skapas genom den fusion som sker inuti stjärnkroppar, och resterande grundämnen skapas när stjärnor exploderar i så kallade supernovor. Vetenskapligt kallas denna process nukleosyntes, vilket i sin helhet beskriver skapandet av grundämnen.

Om vi anser fysikens lagar som universiella betyder det att nukleosyntes sker genom samma processer i fjärran galaxer som i vår egen galax, Vintergatan. För att underlätta analyser av fjärran galaxer är det därför viktigt att vi först noggrant analyserar hur varje grundämne ter sig i vår egen galax. Vår galax består främst av två centrala strukturer - det galaktiska centret och de galaktiska skivorna. Det är känt sedan länge att dessa galaktiska strukturer består av olika typer av stjärnpopulationer, och det är just därför vi måste göra jämförelser mellan dessa strukturer för att undersöka ifall den nukleosyntetiska processen för specifika ämnen beter sig på liknande vis överallt eller inte. Detta ger oss en helhetsbild som vi sedan kan använda som en mall när vi analyserar fjärran galaxer.

I detta projekt ska ett specifikt ämne, kalium, analyseras i det galaktiska centret. Anledningarna varför just kalium ska analyseras är flertal. Dels är den nukleosyntetiska processen för kalium inte helt förstådd då den sker i platser i stjärnatmosfären som är i icke-lokal-termisk-jämnvikt, vilket försvårar spektralanalysen avsevärt. Och dels då stjärnorna som ska analyseras är det första urvalet någonsin av denna typ av stjärnpopulation från det galaktiska centret - vilket gör det väldigt intressant, och framförallt möjligt, att undersöka hur kalium ter sig i centret jämför med skivorna.
Undersökningar kring om produktionen av kalium är kopplat till andra grundämnen, till exempel syre eller magnesium, är också av stort intresse. Då dessa har väl definierade nuklosyntetiska processer, samt inte är påverkade av effekter kopplat till icke-lokal-termisk-jämnvikt. Detta implicerar att om det finns en koppling mellan produktionen av kalium och dessa grundämnen skulle det vara fördelaktigt att analysera halter av dessa ämnen, istället för kalium, när man vill bestämma halter av kalium i t.ex fjärran galaxer, av den enkla anledningen att det är smidigare.

• author: Jönsson, Lukas
• supervisor: Thomas Bensby
• organization: Astrophysics; Department of Physics
• course: ASTK03 20231
• year: 2023
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• keywords: Nucleosynthesis, Galactic Bulge, Potassium, Non-Local-Thermal-Equilibrium
• report number: 2023-EXA203
• language: English
• id: 9128915
• date added to LUP: 2023-06-27 11:38:11
• date last changed: 2023-08-30 15:01:39