Wallenberg Scholar
Lärosäte:
Uppsala universitet
Forskningsområde:
Stjärnvindar och kosmiskt stoft.
Grundämnenas uppkomst i stjärnor är ett centralt tema för många forskare, inte minst inom astrofysik. Det stjärnstoft som bildas ingår i processer som ytterst ger upphov till liv. Faktum är att nästan alla atomer i vår omgivning och i våra kroppar har bildats genom kärnprocesser i olika typer av stjärnor.
Men fortfarande är kunskapen begränsad om hur de nybildade grundämnena sprids ut i universum, berättar Susanne Höfner, professor i teoretisk astrofysik vid Uppsala universitet.
– Ett vanligt svar är att det handlar om supernovaexplosioner, men det är bara en del av sanningen, konstaterar Susanne.
Som Wallenberg Scholar vill hon nu nysta i dessa frågor och söka ny kunskap.
Forskningen fick en plötslig aktualitet i början av 2020. Då inträffade ett oväntat himlafenomen. Under några veckor minskade ljusstyrkan hos den röda superjätten Betelgeuse drastiskt, en förändring som gick att se med blotta ögat.
– Jag gick ut en kväll och tittade upp mot natthimlen och såg att något var konstigt, minns Susanne Höfner.
Observationer med olika instrument visade att Betelgeuse hade kastat ut ett massivt moln av gas som skymde en del av dess varma lysande yta. Trots intensiva studier saknas fortfarande grundläggande fysikaliska modeller som kan ge en fullständig förklaring till fenomenet.
Händelsen med Betelgeuse är ett exempel på hur direkta observationer kan driva forskningen framåt.
– Det var inte längre bara en teoretisk fråga, utan nu kunde vi verkligen se att något hände och vi vill ta reda på varför, säger Susanne.
För att lösa dessa mysterier vill Susanne Höfner utveckla nya och realistiska modeller av svala jättestjärnors och superjättars atmosfärer och vindar. Målet är att utforska de processer som bidrar till stoftbildning och vindacceleration.
– Vi vill förstå hur vår sol och liknande stjärnor till sist utvecklas till vita dvärgar, i motsats till massiva stjärnor, som slutar i en supernovaexplosion.
Genom att kombinera avancerade tredimensionella datorsimuleringar med högupplösta observationer hoppas Susanne Höfners team kunna ta fram modeller som kan jämföras i detalj med verkliga data.
– Det handlar inte om snabba resultat, utan vi behöver bygga upp modeller från grundläggande fysik.
Det spännande med vår forskning är att den bidrar till en grundläggande bild av livets uppkomst.
En utmaning är den enorma beräkningskraft som krävs för att simulera den här typen av komplexa processer. För en enda simulering krävs användning av superdatorer i flera månader. Begränsningarna i datorkraft innebär att forskargruppen måste göra noggranna val om vilka processer som ska inkluderas.
En stor fördel är att forskarna i dag har tillgång till bilder av stjärnor i en upplösning som tidigare varit omöjlig, via instrument som VLT (Very Large Telescope) och ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) i Chile.
– Nu för tiden kan man verkligen se stjärnans yta eller omgivning och vi kan få skarpa bilder av det som vi modellerar. Och det gör forskningen väldigt spännande, säger Susanne Höfner.
Bilderna visar att atmosfärerna och vindarna från röda jättar och superjättar har komplexa dynamiska strukturer på olika skalor med moln av gas och stoft. En mängd fysikaliska och kemiska processer pågår ständigt.
Observationer visar hur stjärnvindar transporterar i väg material från stjärnornas ytlager, stjärnatmosfären, under större delen av en stjärnas livstid.
Massförlusten hos stjärnor ökar kraftigt mot slutet av deras livscykel när de utvecklas till gigantiska svala jättestjärnor eller superjättar. I denna fas drivs vinden troligen genom strålningstryck på små fasta partiklar, så kallade stoftkorn, som bildas i de yttre lagren av stjärnatmosfären.
– En dröm är att förstå just det som vi kallar för massförlust och att få en verklig fysikalisk beskrivning, eftersom denna process går in i så många andra frågeställningar som till exempel stjärnutveckling och varifrån grundämnena kommer, förklarar Susanne.
Redan som liten var Susanne Höfner fascinerad av rymden. Hon växte upp i Österrike på 1960- och 1970-talen under en tid präglad av stormakternas rymdkapplöpning och den första månlandningen.
– Som barn tänkte jag faktiskt tanken att bli astronaut, och jag var väldigt intresserad av att titta på natthimlen.
Men det var när hon insåg att fysik kunde tillämpas även på stjärnor, som intresset verkligen tog fart. Efter högre studier i fysik och astronomi fortsatte hon med forskarstudier och hamnade så småningom i Sverige.
Som Wallenberg Scholar får hon nu tid och resurser att fördjupa sig i några av astrofysikens mest grundläggande frågor.
– Det är värdefullt med detta anslag som skapar en frihet och ett lugn i arbetet. Den här sortens forskning tar tid och kräver mycket eftertanke.
Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Magnus Bergström
