Att förstå det största genom dess minsta beståndsdelar

Den grundläggande byggstenen för all känd materia i universum är atomen, vilken består av elektroner som rör sig runt en atomkärna. Vår kunskap om universums skapelse och utveckling kommer i huvudsak från ljuset som sänds ut från atomerna i stjärnorna.

Ämnena som bygger upp stjärnorna

Ljuset delas upp i ett energispektrum med spektrallinjer som har olika våglängder och intensitet. Spektrallinjernas våglängder, eller positioner, avslöjar vilka ämnen som bygger upp stjärnorna, och från linjernas intensitet kan man bestämma förekomsten av de olika ämnena.

–  Elektroners rörelser och beteende säger något om atomkärnan, säger Asimina Papoulia som gjort sina doktorandstudier vid Institutionen för materialvetenskap och tillämpad matematik, Malmö universitet, samt vid Fysiska institutionen, Lunds universitet.

Som atomfysiker befinner sig Asimina Papoulia mellan en astronom och en kärnfysiker. Med teleskop observerar astronomer stjärnornas spektra för att utläsa vilka ämnen stjärnorna innehåller. För att tolka observationerna behövs referensdata från atomerna. Dessa data kan bestämmas via laboratoriemätningar, men de är ofta dyra och tidskrävande. Data från experiment täcker inte heller behoven fullt ut. Det är därför nödvändigt att ta fram modeller som sedan kan användas för att göra beräkningar.

Data förklarar vad astronomerna ser

Asimina Papoulia producerar referensdata från atomer som kan användas för att tolka observationer av stjärnor. Genom att använda och utveckla datorprogram för att beskriva hur elektronerna i en atom beter sig och sänder ut ljus, får hon fram data som förklarar observationerna.

–  Astronomer kan se saker som storlek och temperatur. Men de behöver vår hjälp med att se vad ljuset representerar och då kan våra data visa att ljuset till exempel har sänts ut av  aluminiumatomer i stjärnans atmosfär, säger Asimina Papoulia.

Ett bidrag till förståelsen av hur universum skapades

Avhandlingen består av två delar: i den första utvecklar Asimina Papoulia en metod för att förse astronomer med mer tillförlitlig referensdata för atomer. Denna data kan hjälpa dem förbättra sina modeller och tolkningar av stjärnors spektra. I den andra utvecklar och presenterar hon en ny metod för att få fram egenskaper om atomkärnors form som inte har tagits fram eller undersökts tidigare.

En ökad förståelse för kärnornas form och dynamik är viktig för vår övergripande bild av universum, då kärnsyntes (nybildning av atomkärnor) är tätt knuten till stjärnor­ och galaxutveckling. Asimina Papoulias forskning är alltså i förlängningen ett bidrag till förståelsen av hur universum skapades.

–  Om vi kan förse kärnfysiker med information om atomkärnors egenskaper kan de förstå deras struktur bättre. Det innebär i sin tur att de bättre kan förstå mekanismerna bakom kärnsyntesen när olika ämnen skapades i universum. Då kan vi göra bättre modeller för kemiska evolutionen och få en komplett bild av hur universum skapades och utvecklades, säger Asimina Papoulia.

Text: Magnus Jando