PEPSI-instrumentet på LBT. Kredit:AIP
Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) ved Large Binocular Telescope (LBT) i Arizona frigav sin første batch af data med høj spektral opløsning til det videnskabelige samfund. I en serie på tre artikler i det europæiske tidsskrift Astronomi og astrofysik , PEPSI-holdet præsenterer et nyt spektralatlas over solen, i alt 48 atlas af lyse benchmarkstjerner, og en detaljeret analyse af den kemiske overflod af den 10 milliarder år gamle planetsystemvært Kepler-444.
Spektralatlas er fingeraftryk af en stjerne og giver indsigt i næsten alle dens fysiske egenskaber som temperatur, tryk, hastigheder og kemisk sammensætning. Det første papir indeholder et nyt spektralatlas over solen og beviser for første gang, at et natteleskopinstrument kan nå en kvalitet, der kan sammenlignes med et specialiseret solinstrument. Alle sol- og stjernespektre blev taget med en hidtil uset spektral opløsning på l/Dl=250, 000, en opløsning svarende til 1/100 af diameteren af et brintatom (l er bølgelængden og Dl den mindste målbare adskillelse af to bølgelængder) og dækker hele det optiske og nær-infrarøde lys (fra 383 til 914nm).
For solen blev flere spektrale tidsserier med op til 300 individuelle spektre pr. dag forhåndsanalyseret og leveres også til samfundet. "Disse data genskaber den velkendte solsvingning på 5 minutter ved en top på 3 mHz (5,5 min) fra det disk-gennemsnitlige lys med en radial hastighedsamplitude på kun 47 cm/s, en utrolig lille hastighed set fra et stjernesynspunkt, " siger prof. Strassmeier, PEPSI hovedefterforsker og direktør for Cosmic Magnetic Field-afdelingen ved Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP). Det nye atlas blev også brugt til at ombestemme mængden af lithium i solen med meget høj præcision. "Lithium er et nøgleelement for nukleosyntesen i universet og er også et spor af blandingsprocesser inde i stjerner, " forklarer Dr. Matthias Steffen, en af projektets videnskabsmænd. Tredimensionelle dynamiske modelatmosfærer og en fuld statistisk behandling af lithiumatomets spektrale egenskaber blev anvendt til at bestemme soloverfloden.
Kunstigt farvet spektrum af soltvillingstjernen 18 Scorpii. Kredit:AIP
De 48 stjerneatlasser i det andet papir inkluderer de nordlige Gaia benchmark-stjerner såvel som andre Morgan-Keenan-standardstjerner. Spektre af disse mål var ikke tilgængelige ved den givne opløsning og signal-til-støj-forhold (S/N) før. Sidstnævnte størrelse repræsenterer fotonstøjen i forhold til signalstyrken fra stjernen og dermed kvaliteten af spektrene. Tidligere tilgængelig S/N for arbejde med astrofysiske parametre var typisk flere hundrede ved en spektral opløsning l/Dl på højst 100, 000. "PEPSI og LBT leverer S/N på flere tusinde med i gennemsnit tre gange højere spektral opløsning, " siger Ilya Ilyin, PEPSI's projektforsker. "Med sådanne tal har vi nu den typiske sol-lignende spektrumkvalitet i dagtimerne tilgængelig også for klare stjerner om natten, " tilføjer Strassmeier.
Endelig, i det tredje blad, stjernen "Kepler-444, "vært for fem underjordiske planeter, blev bekræftet at være 10,5 milliarder år gammel, mere end dobbelt så gammel som vores sol og bare en lille smule yngre end universet som helhed. Stjernen er også fundet fattig på metaller. Det kemiske overflodsmønster fra PEPSI-spektret indikerer en usædvanlig lille jernkernemassefraktion på 24 procent for dets planeter, hvis stjerne og planeter blev dannet sammen. Til sammenligning, terrestriske planeter i solsystemet har typisk en jernkernemassefraktion på 30 procent. "Dette indikerer, at planeter omkring metalfattige værtsstjerner er mindre tætte end klippeplaneter af sammenlignelig størrelse omkring mere metalrige værtsstjerner som solen, " forklarer Claude "Trey" Mack, projektforsker for Kepler-444-observationen.