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A Vision of Orion
Stefan Meingast
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Astronomie)
Betreuer*in
João Alves
DOI
10.25365/thesis.48659
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-13162.05447.276763-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Sternentstehung ist ein wesentlicher Bestandteil des beobachtbaren Universum, reguliert Mechanismen in Galaxien sowohl auf großen, als auch auf kleinen Skalen und hat somit grundlegende Auswirkungen auf deren Entwicklung. Neue Sterne entstehen in riesigen Ansammlungen von Gas und Staub, sogenannten Molekülwolken, über die jedoch bisher nur grundlegende Erkenntnisse gewonnen werden konnten. Um diese Wolken besser zu verstehen, ist es daher notwendig eine umfassende, und vor allem einheitliche Untersuchung dieser Objekte durchzuführen.
Der Großteil unseres Wissens über den Ursprung neuer Sterne stammt aus Beobachtungen nahegelegener Sternentstehungsregionen. Zu diesen zählt die Molekülwolke Orion A, wo Sterne in einer Vielfalt unterschiedlicher Umgebungen entstehen. In dieser Arbeit präsentiere ich Ergebnisse in Bezug auf die gesamte Orion A Molekülwolke, deren Grundlage ein neues, umfassendes Beobachtungsprojekt im nahen Infraroten darstellt. Diese Beobachtungen liefern die bisher präzisesten photometrischen Daten dieser Region, wobei deren Genauigkeit die Entwicklung neuer Methoden zur Untersuchung der Gasverteilung notwendig machte.
Die Ergebnisse dieser Arbeit stützen sich auf Extinktion durch interstellaren Staub, ein Effekt bei dem Licht durch Absorptions- und Streuungseffekte abgeschwächt wird. Basierend auf dieser Grundlage lassen sich beispielsweise physikalische Eigenschaften von Molekülwolken berechnen. Dazu gehören unter anderem deren Massenverteilung und Eigenschaften von Staubkörnern. Im Allgemeinen sind Berechnung von Massen, die auf Extinktion beruhen, wesentlich genauer als Methoden, die Staubemission oder Beobachtungen einzelner Moleküllinien verwenden. Zum Zweck der Berechnung der Extinktion präsentiere ich eine neue Methode, die auf Maschinenlernen beruht. Im Gegensatz zu früheren Vorgehensweisen verringert dieser Ansatz systematische Fehler, was vor allem bei hochwertigen photometrischen Daten zu drastisch besserer Genauigkeit führt. Außerdem befasse ich mich mit der seit Jahren ungelösten Frage nach einem allgemein gültigen Extinktionsgesetz im nahen Infraroten und zeige, basierend auf einer statistischen Analyse, dass dieses durchaus variabel ist. Weiters vergleiche ich die errechnete Extinktion mit Staubemissionswerten und mache deutlich, dass zuvor unbekannte systematische Fehler Messungen von Säulendichten beeinträchtigen.
Den Abschluss dieser Arbeit bildet eine Diskussion über zukünftige Projekte, deren Ziele es sind, die hier präsentierten Ergebnisse auch auf andere nahegelegene Wolken zu übertragen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Methoden bilden die Grundlage dieser Untersuchungen.
Abstract
(Englisch)
Star formation is arguably one of the most fundamental processes in the observable universe. It drives and regulates the energy budget of entire galaxies on both small and large scales and so critically determines their evolution. New stars are born in giant accumulations of gas and dust, so-called molecular clouds, but little is still known about these intriguing objects. To expand our knowledge and understanding of these complexes, it is therefore critical to investigate the properties of molecular clouds in a homogeneous and self-consistent manner.
Much of our understanding of the formation of stars originates from the nearby (<500 pc) star-forming complexes, most notably the Orion A molecular cloud. There, stars and planets are currently forming in a variety of physical condition, ranging from a dense massive cluster to dispersed groups and isolated young stars. In this thesis, I study the Orion A molecular cloud complex as a whole from an observational point of view and present the most comprehensive near-infrared imaging survey of the region. This survey is unmatched in completeness and sensitivity and called for the development of new methods and techniques to investigate the gas distribution of the molecular cloud.
My approach to studying Orion A is based on the fact that light is extinguished when traveling through the interstellar medium. Dust particles absorb and scatter photons, and measuring this effect allows deriving physical properties of molecular clouds. This includes, for example, the gas mass distribution and even properties of the dust grain population. In contrast to dust emission or molecular line observations, dust extinction provides more reliable mass estimates because fewer assumptions have to be made. I introduce a new method, PNICER, based on machine-learning, to calculate the effects of dust extinction. This new method avoids critical systematic errors found in other techniques, leading to more reliable results when used in combination with deep photometric data. I also address the decade-old question of the universality of the near-infrared extinction law and find statistically significant evidence of its variability. Moreover, I compare dust extinction with dust emission measurements which reveal previously unknown issues affecting often-used tracers of the gas column-density.
I conclude the thesis with an outlook to future projects which will study other nearby star-forming regions in similar detail. Specifically, the methods presented here will be the basis for this future endeavor to finally build a complete picture of the physical processes regulating the collapse of molecular clouds to form new stars.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Star formation Orion Molecular cloud Extinction Dust
Schlagwörter
(Deutsch)
Sternentstehung Orion Molekülwolke Extinktion Staub
Autor*innen
Stefan Meingast
Haupttitel (Englisch)
A Vision of Orion
Paralleltitel (Deutsch)
Eine Vision von Orion
Publikationsjahr
2017
Umfangsangabe
IX, 149 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Bodo Ziegler ,
Ronny Ramlau
AC Nummer
AC14505583
Utheses ID
43001
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 413 |