Potassium in the Galactic thin and thick discs

Abstract

To understand the evolution of our galaxy, the chemical abundance patterns and trends within the stars of the different regions are explored. The process of synthesizing these elements reveals key details about the way the stars and, therefore, the galaxy formed.
This project focused on the element potassium, K, and specifically its absorption line 7699 Å. The local thermodynamic equilibrium (LTE) departures into non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) must be taken into account, as potassium is highly affected. At first, synthetic spectra were applied to calculate the potassium abundances, but the NLTE effects were too strong, so equivalent width measurements were taken instead. To account for the NLTE effects, a table of NLTE corrections with corresponding stellar parameters was interpolated through with the data from 714 F and G dwarf stars in the Solar neighbourhood. The tabulated NLTE corrections and stellar parameters were first analyzed to notice any outstanding trends. Then the interpolated corrections were analyzed against the same parameters. A dependence on temperature, surface gravity, and micro-turbulence was found. These corrections were then applied to the potassium abundances.
Using the corrected potassium abundances, ratios were taken between K and Fe, Mg, Ti, and iron-peak elements as well as r- and s- process elements. The [K/Fe] plot revealed an initially increasing and then decreasing trend, as the [Fe/H] increased. This showed behaviour dissimilar to alpha elements. However, the [K/Mg] trends revealed a slightly increasing trend leading to a flat trend, with little scattering, indicating a potential link to the production site of alpha elements, type II SNe. In addition, [K/Mn] also had an increasing and then decreasing trend, owing most likely to the production of Mn in type Ia SNe. Furthermore, [K/Eu] revealed a flat trend, linking K again to production in type II SNe, where Eu is produced.
Amongst these [K/X] trends, a clear distinction was noticeable between trends of the thin and thick discs. The thick disc stars in the more metal poor regions of the plots were showing increasing trends of the [K/Fe] and [K/Mg] ratios, while the thin disc stars showed either flat or decreasing trends at the higher metallicity regions.

Popular Abstract (Swedish)

Nyfikenhet om stjärnorna och galaxerna runt om oss har fascinerat civilisationer i tusentals år. Rörelsen, ljuset, och mönster av himlakroppar har studerats av astronomer som försker förstå universum och dess utveckling. En fascinerande aspekt av studien av ljuset som emitteras från avlägsna stjärnor är att man observerar det förflutna. Dessutom är det detta ljus och strålning som flyr stjärnorna som bär värdefull information, vilket avslöjar stjärnornas sammansättning och stjärnpopulationers utvecklingshistoria. Den data och kunskap som spektroskopi erbjuder är därför avgörande för att skapa en grundlig och
djupgående förståelse av vår galax, Vintergatan, och i slutändan vårt universum. Spektroskopi används fr att observera det ljusmönster som stjärnor sänder ut, och som avslöjar viktiga egenskaper hos stjärnan. Stjärnspektra uppvisas absorption såväl som emissionstoppar vid vissa våglängder beroende på vilka grundämnen som är närvarande i stjärnans atmosfär. Topparnas, eller dalarnas, egenskaper, såsom djup, bredd och position, beror på faktorer som temperatur, ytgravitation, och mikro- och makroturbulens. Kopplingen mellan sådana fenomen och deras effekter på det utsända spektrumen analyseras för att bestämma stjärnornas egenskaper. Exempelvis tenderar högre temperaturer att påverka spektrallinjernas bredd och vingar, och ytgravitationen påverkar den relativa styrkan hos linjer av olika jonisationsgrad. En noggrann analys av spektrallinjerna avslöjar därför kritiska egenskaper hos stjärnan.
Förutom att man observerar formen av spektrallinjer anger deras position och mönster de grundämnen som är närvarande. Spektrallinjerna fungerar som fingeravtryck, eftersom varje grundämnes linjer har specifika våglängder av ljus som den kan avge. Ymnigheten av dessa grundämnen kan hjälpa till att bestämma stjärnans ålder och dess ursprung. Istället för att bara analysera en stjärna åt gången, kan det vara mycket mer värdefullt att titta på grupper eller hopar av stjärnor eftersom de skapades samtidigt och borde ha liknande sammansättningar. På detta sätt kan en rad stjärnmassor och luminositeter undersökas. Dessutom kan man jämföra den kemiska sammansättningen och styra forskningen mot stjärnhopens, eller stjärnpopulationens, ålder och utveckling.
Att observera dessa grupper av stjärnor är särskilt användbar när man studerar vår egen galax, Vintergatan, eftersom den innehåller två definierade skivor av stjärnor, två olika stjärnpopulationer. Om Vintergatan kunde ses utifrån och från sidan så skulle man kanske kunna se en tunnare skiva av stjärnor som ligger inbäddad i en tjockare. Stjärnorna som finns inom dessa två skivor har även de olika egenskaper. Stjärnorna i den tjocka skivan har visat vara ldre stjärnor av lägre metallicitet, vilket betyder lägre ymnigheter av grundämnen som är tyngre än väte och helium. Den tunna skivan har å andra sidan stjärnor som är yngre än de i den tjocka skivan innehåller också större mängder av de tyngre grundämnena. Medan dessa trender och egenskaper hos skivorna är någorlunda kända, är det fortfarande oklart hur de har bildats och utvecklats.
Detta projektarbete, som fokuserar på spektrallinjerna som produceras av kalium i 714 stjärnor i Vintergatans tunna och tjocka skivor, är ett grundläggande exempel på den forskning och analys som utförs i dagens Vintergatsforskning. Mängden, eller ymnigheten, av grundämnen mäts och analyseras med målet att bestämma stjärnornas kemiska sammansättning och stjärnpopulationernas evolutionära väg. Studier av individuella grundämnen, med hjälp av nyare och mer exakta data och teknik, kan en klarare och mer välbestämd förståelse av vår galax.

• author: Norregaard, Carina
• supervisor: Thomas Bensby
• organization: Lund Observatory - Undergoing reorganization
• course: ASTK02 20181
• year: 2018
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• publication/series: Lund Observatory Examensarbeten
• report number: 2018-EXA138
• language: English
• id: 8955661
• date added to LUP: 2018-09-18 17:13:24
• date last changed: 2018-09-18 17:13:24