Atomic Influences in Stellar Spectroscopy

Abstract

This thesis is a description of how knowledge of atomic physics can be used in a stellar spectrum analysis. Stellar investigations are spectroscopically performed based on wavelengths, intensities and spectral line structure. Properties such as isotopic shifts, hyperfine structure, Zeeman effect, line blending and spectral line broadening are investigated in stellar spectra to improve results of abundance investigation but also to extract additional information from the stellar spectrum about subjects such as stellar magnetic field strength and isotopic mixture in the stellar photosphere. Zeeman effect is investigated and a simple technique to measure stellar magnetic fields in Ap/Bp stars is developed. Hyperfine structure and isotope shifts are incorporated into a stellar spectrum analysis in an attempt to solve the gallium abundance ambiguity observed in HgMn stars. Isotopic shifts have also been observed in laboratory spectra of Sm III and oscillator strengths are derived for this ion based on lifetime and branching fraction measurements. Finally, the importance of line blending in stellar spectra is investigated, based on comparisons between observational data obtained with different spectral resolving powers.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Stjärnor samt andra astronomiska objekt är belägna på väldigt stora avstånd från oss, vilket innebär att de vid första anblick verkar svåra att undersöka. Den enda pålitliga informationskällan om deras funktion och utveckling är det ljus som de utsänder, d.v.s. deras spektrum. Hur kan man då erhålla någon användbar information om dessa avlägsna objekt genom att endast undersöka ljuset från dem?



Bohr upptäckte i början av 1900-talet att elektronerna i en atom endast kan befinna sig på särskilda avstånd från kärnan, i så kallade specifika tillstånd. När elektronen övergår från ett tillstånd till ett annat med lägre energi, sänds ljus ut. Man upptäckte snart att alla ämnen har sin egen unika uppsättning av energinivåer, vilket innebär att varje ämne även har sin egen uppsättnig spektrallinjer. Spektrallinjerna karakteriseras av deras energi (våglängd), deras styrka (intensitet) och av linjernas form. Dessa egenskaper kan för varje ämne undersökas i laboratoriet och sedan användas i tillämpningar t.ex. vid undersökningar av stjärnor.



En stjärna är ett gasklot som befinner sig i jämvikt, d.v.s. gravitationens inverkan på stjärnans massa balanseras av ett strålningstryck från stjärnans inre delar. En stjärna sänder, som andra heta kroppar, ut energi i form av strålning med olika våglängd. Genom att undersöka fördelningen av den utsända energin, kan information om stjärnans temperatur, gravitation och dess kemiska sammansättning inhämtas. Detta är viktig information, som behövs för att återskapa stjärnans spektrum och därmed göra en mer detaljerad studie möjlig.



Vid en detaljerad studie av en del av stjärnans spektrum, kan man observera detaljer som kan användas för studier av stjärnans kemiska sammansättning. Detta medför att genom att jämföra spektra som upptagits för olika ämnen i laboratoriet med stjärnans spektrum, kan man bestämma vilka ämnen och hur mycket av varje som finns i den observerade stjärnan. Med hjälp av denna information kan man dra slutsatser om dess utveckling och funktion. Genom att studera individuella linjer, ser man ofta att det som förefaller vara en enskild linje i själva verket är en sammanslagning av många. En sådan linjestruktur kan uppkomma p.g.a. störningar från t.ex. atomkärnan eller möjligtvis ett magnetfält på stjärnytan.



Denna avhandling har till största delen handlat om detaljerade analyser av stjärnspektra, där kunskaper i atomfysik har gjort det möjligt att erhålla information om stjärnornas struktur och deras utveckling. Det som har gjort denna studie möjlig är tillgången till observations material, både från laboratoriet (jämförelse spektra) och från stjärnorna. Det laboratorie material som har använts kommer från gruppen för Atomär Astrofysik vid Lunds Universitet, medan majoriteten av det astronomiska materialet är från det Nordiska Optiska Teleskopet (NOT). NOT är uppfört genom ett Nordiskt samarbete och är beläget på Kanarieöarna. Material från andra observatorier har också använts, t.ex. från Hubble Space Telescope (ESA/NASA).

• author: Nielsen, Krister
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Dr Lanz, Thierry, University of Maryland , USA
• organization: Atomic Physics
• publishing date: 2002
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Astronomy, Astrophysics and Cosmology
• keywords: magnetic and optical properties, supraconductors, magnetic resonance, relaxation, Kondenserade materiens egenskaper:elektronstruktur, spectroscopy, rymdvetenskap, kosmisk kemi, Astronomi, Astronomy, spektroskopi, magnetisk resonans, supraledare, magnetiska och optiska), egenskaper (elektriska, space research, cosmic chemistry, stellar magnetic fields, branching fractions, spectral line structure, Fysicumarkivet A:2002:Nielsen, Condensed matter:electronic structure, line blending, electrical
• pages: 134 pages
• defense location: Lundmarksalen, Lund Observatory
• defense date: 2002-11-09 10:15:00
• ISBN: 91-628-5401-1
• language: English
• LU publication?: yes
• id: e7df58bd-e065-4fcc-a8ce-d9d4abca2f3b (old id 465107)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:33:44
• date last changed: 2018-11-21 20:59:28