De sex vanligaste elementen i livet på jorden (inklusive mer än 97 % av en människokropps massa) är kol, väte, kväve, syre, svavel och fosfor. Färgerna i spektrat visar fall, vars storlek avslöjar mängden av dessa element i atmosfären av en stjärna. Människokroppen till vänster använder samma färgkodning för att framkalla den viktiga roll som dessa element spelar i olika delar av våra kroppar, från syre i våra lungor till fosfor i våra ben (även om alla grundämnen i verkligheten finns över hela kroppen). I bakgrunden är en konstnärs intryck av galaxen, med cyanprickar för att visa APOGEE-mätningarna av syreförekomsten i olika stjärnor; ljusare prickar indikerar högre syreöverflöd. Kredit:Dana Berry/SkyWorks Digital Inc.; SDSS samarbete
Att säga "vi är stjärnstoft" kan vara en kliché, men det är ett obestridligt faktum att de flesta av livets väsentliga delar är gjorda av stjärnor.
"För första gången, vi kan nu studera fördelningen av element över vår galax, " säger Sten Hasselquist från New Mexico State University. "De grundämnen vi mäter inkluderar atomerna som utgör 97 % av människokroppens massa."
De nya resultaten kommer från en katalog med mer än 150, 000 stjärnor; för varje stjärna, den inkluderar mängden av var och en av nästan två dussin kemiska grundämnen. Den nya katalogen innehåller alla de så kallade "CHNOPS-elementen" – kol, väte, kväve, syre, fosfor, och svavel – känt för att vara byggstenarna i allt liv på jorden. Detta är första gången som mätningar av alla CHNOPS-element har gjorts för ett så stort antal stjärnor.
Hur vet vi hur mycket av varje element en stjärna innehåller? Självklart, astronomer kan inte besöka stjärnor för att sked upp ett prov på vad de är gjorda av, så de använder istället en teknik som kallas spektroskopi för att göra dessa mätningar. Denna teknik delar ljus – i det här fallet, ljus från avlägsna stjärnor – till detaljerade regnbågar (kallade spektra). Vi kan räkna ut hur mycket av varje grundämne en stjärna innehåller genom att mäta djupet av de mörka och ljusa fläckarna i spektra som orsakas av olika grundämnen.
Astronomer i Sloan Digital Sky Survey har gjort dessa observationer med hjälp av APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) spektrograf på 2,5 m Sloan Foundation Telescope vid Apache Point Observatory i New Mexico. Detta instrument samlar ljus i den nära-infraröda delen av det elektromagnetiska spektrumet och sprider det, som ett prisma, att avslöja signaturer av olika element i stjärnornas atmosfär. En bråkdel av de nästan 200, 000 stjärnor som undersökts av APOGEE överlappar med urvalet av stjärnor som NASA:s Kepler-uppdrag riktade mot, som designades för att hitta potentiellt jordliknande planeter. Arbetet som presenteras idag fokuserar på nittio Kepler-stjärnor som visar bevis på att vara värd för steniga planeter, och som också har undersökts av APOGEE.
Även om Sloan Digital Sky Survey kanske är mest känd för sina vackra offentliga bilder av himlen, sedan 2008 har det varit helt och hållet en spektroskopisk undersökning. De nuvarande mätningarna av stjärnkemi använder en spektrograf som känner av infrarött ljus – APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) spektrograf, monterad på det 2,5 meter långa Sloan Foundation-teleskopet vid Apache Point Observatory i New Mexico.
Jon Holtzman från New Mexico State University förklarar att "genom att arbeta i den infraröda delen av spektrumet, APOGEE kan se stjärnor över mycket mer av Vintergatan än om den skulle försöka observera i synligt ljus. Infrarött ljus passerar genom det interstellära stoftet, och APOGEE hjälper oss att observera ett brett spektrum av våglängder i detalj, så vi kan mäta mönstren som skapats av dussintals olika element."
Den nya katalogen hjälper redan astronomer att få en ny förståelse av historien och strukturen hos vår galax, men katalogen visar också en tydlig mänsklig koppling till himlen. Som den berömda astronomen Carl Sagan sa, "vi är gjorda av stjärnor." Många av atomerna som utgör din kropp skapades någon gång i det avlägsna förflutna inuti stjärnor, och de atomerna har gjort långa resor från de uråldriga stjärnorna till dig.
Medan människor är 65% syre i massa, syre utgör mindre än 1 % av massan av alla grundämnen i rymden. Stjärnor är mestadels väte, men små mängder av tyngre grundämnen som syre kan detekteras i stjärnornas spektra. Med dessa nya resultat, APOGEE har hittat fler av dessa tyngre grundämnen i den inre galaxen. Stjärnor i den inre galaxen är också äldre, så detta betyder att fler av livets element syntetiserades tidigare i de inre delarna av galaxen än i de yttre delarna.
Även om det är roligt att spekulera i vilken inverkan den inre galaxens komposition kan ha på var livet dyker upp, vi är mycket bättre på att förstå bildandet av stjärnor i vår galax. Eftersom processerna som producerar varje element sker i specifika typer av stjärnor och fortgår med olika hastigheter, de lämnar specifika signaturer i de kemiska förekomstmönstren som mäts av SDSS/APOGEE. Detta innebär att SDSS/APOGEES nya katalog över elementärt överflöd tillhandahåller data för att jämföra med förutsägelser som gjorts av modeller av galaxbildning.
Jon Bird från Vanderbilt University, som arbetar med att modellera Vintergatan, förklarar att "dessa data kommer att vara användbara för att göra framsteg när det gäller att förstå galaktisk evolution, allt eftersom fler och mer detaljerade simuleringar av bildandet av vår galax görs, kräver mer komplexa data för jämförelse."
"Det är en stor berättelse av mänskligt intresse att vi nu kan kartlägga överflöd av alla de viktigaste elementen som finns i människokroppen över hundratusentals stjärnor i vår Vintergatan, ", sa Jennifer Johnson från Ohio State University. "Detta tillåter oss att sätta begränsningar på när och var i vår galax livet hade de nödvändiga elementen för att utvecklas, en sorts 'temporal galaktisk beboelig zon'".
Katalogen över kemiska förekomster från vilka dessa kartor genererades har släppts offentligt som en del av den trettonde datautgåvan av SDSS, och är tillgänglig gratis online för alla på www.sdss.org.
