Masteroppgaven: Å lage kunstig data

Det første jeg skal gjøre som en del av masteroppgaven min, er å programmere et kunstig lysspektrum. Hvordan gjøres egentlig det?

Når et astronomiske objekter stråler ut lys, skinner det i en rekke forskjellige bølgelengder. Ved å måle hvor sterkt det lyser i veldig mange forskjellige bølgelengder, får vi et såkalt spektrum. Hvordan dette spekteret ser ut, kommer an på hva slags objekt det er snakk om. Det betyr at det skjuler seg en hel del kunnskap i spekteret som vi kan grave frem.

En linje sier mer enn tusen ord

En lysspektrum er som et fingeravtrykk. Det er helt unikt for objektet vi observerer, samtidig som det har en del generelle trekk som er unikt for typen objekt det er snakk om. Det er for eksempel store forskjeller mellom spekteret til en stjerne og til en aktiv galakse, som gjør at det er lett å si hva som er hva på nattehimmelen når begge i utgangspunktet ser ut som identiske lysprikker 🙂 Men det vil være vesentlig færre forskjeller mellom enkelte aktive galakser.

Et lysspektrum kan se ut som dette, hvor bølgelengder står langs den horisontale aksen, og lysstyrken står på den vertikale aksen:

Et gjennomsnittlig lysspektrum for kvasarer, som er en bestemt type aktiv galakse. Figur: Francis et al. 1991

De tydelige toppene som opptrer her og der, kalles emisjonslinjer. Når bestemte emisjonslinjer stikker seg frem i grafen, forteller det oss hvilke grunnstoffer som er til stede, ettersom hvert grunnstoff skinner med karakteristiske bølgelengder. Og som nevnt, forteller det oss hva slags astronomisk objekt vi har med å gjøre.

Ikke nok med det! Når vi ser på galakser som er langt borte, kan emisjonslinjene være forskjøvet langs den horisontale aksen (såkalt Dopplerforskyvning), og dermed avsløre hvor fort galaksen beveger seg vekk fra oss!

Les mer: Hva masteroppgaven min skal handle om

Første del av masteroppgaven min går ut på å lage et kunstig spektrum. At dataene jeg lager er kunstige, betyr ikke at det er samme hvordan de ser ut. De skal etterligne reelle data fra observasjoner best mulig. Da må jeg vite hvilke komponenter et spektrum faktisk består av.

Den generelle formen

Den generelle formen til spekteret til en aktiv galakse kan beskrives som en potenslov, som betyr at mengden lys (fluksen F) som blir sendt ut i en bestemt bølgelengde (λ), er avhengig av bølgelengden opphøyd i et eller annet tall (K):

F = C · λ K

hvor C er en normaliseringskonstant. Dette kan for eksempel se slik ut:

Men dette ligner jo ikke så veldig på et spektrum? Jeg må legge til en del andre ting før det begynner å ligne på «the real thing».

Detaljene

Emisjonslinjer

Den viktigste detaljen ved et spektrum, er emisjonslinjene, ettersom det er der hovedinformasjonen ligger. Ved å se på tabeller, kan jeg se hvilke linjer som er viktige for aktive galakser og hvor sterke de ulike linjene skal være i forhold til hverandre. Her kan jeg naturligvis bruke masse tid og ressurser på å legge til alle mange flere linjer enn de som er lagt til her, men noen linjer vil bli så svake at de forsvinner i støyet uansett, så det holder å ta med de mer fremtredende linjene.

Det er vanlig å skille mellom brede og smale emisjonslinjer, men overgangen er flytende. Jeg modellerer de brede linjene ved å bruke en Lorentzisk kurve, mens de smale linjene estimeres med en Gaussisk kurve. Foreløpig har alle linjene samme bredde, for jeg har ikke funnet god informasjon om nøyaktig hvor brede de skal være ennå.

De mest fremtredende brede og smale emisjonslinjene i en aktiv galakse.
Det er veldig mange emisjonslinjer fra grunnstoffet jern, som behandles separat.
Bidrag fra vertsgalaksen

Til syvende og sist er jeg egentlig interessert i spekteret til den aktive galaksekjernen, men vertsgalaksen som ligger rundt vil unektelig bidra med sitt lys, så dette må også tas med i det kunstige spekteret mitt. For en spiralgalakse av typen S0 ser lysbidraget slik ut:

Spekteret til en spiralgalakse.
Støy

Observasjonelle data er ikke komplette uten støy! Det vil være umulig å gjøre en helt perfekt, støyfri observasjon, så da må jeg legge på litt 😉 Det gjøres enkelt ved å beregne litt Gaussisk støy. Når jeg skalerer det med resten av spekteret mitt, ser støyet slik ut:

Gaussisk støy.

Det foreløpige resultatet

Jeg mangler fortsatt noen detaljer, og alt jeg har lagt til skal finpusses mer for å bli gjort mer realistisk. Men et raskt, foreløpig resultat ser slik ut:

Dette begynner jo å ligne på noe, gjør det ikke? 😀

* * *

Foreløpig virker det ikke helt naturlig for meg å si at det jeg driver med er forskning. For jeg sitter jo bare å programmerer litt? Men dette er de første små stegene mot det som vil bli et forskningsprosjekt til slutt. I mitt tilfelle blir det å skrive et program som å samle data ettersom programmet sin jobb er å produsere data. Og så skal jeg begynne å jobbe med de dataene. Mer om det når jeg kommer så langt!

Hovedbilde: Wallpaper Zone

Relaterte innlegg

Legg inn en kommentar

Dette nettstedet bruker Akismet for å redusere spam. Lær om hvordan dine kommentar-data prosesseres.