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Disk evolution in a single star-forming region
Fabian Alexander Polnitzky
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomy
Betreuer*in
Joao Alves
DOI
10.25365/thesis.78924
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-28668.33209.777310-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Prozesse der Stern- und Planetenentstehung sind eng miteinander verbunden. Nachdem sich der neue Stern aus einem Reservoir von Gas und Staub geformt hat, formt das äußere übrig gebliebene Material eine zirkumstellare Scheibe aufgrund der Drehimpulserhaltung. Diese Scheibe repräsentiert die Verbindung zwischen den beiden Prozessen, da sie die Reservoirs an Material sind für Planeten, die sich um den jungen Stern bilden. Die Strahlung des jungen Sternes und die Strahlung von außen führen zu einer Dispersion der Scheibe nach einer gewissen Zeit. Die Planeten können aber nur aus dem Material der zirkumstellaren Scheibe entstehen, während sie noch existiert. Dies führt zum Bereich der Bestimmung der Lebenszeit von zirkumstellaren Scheiben, welche ein Limit für die Zeitskalen der Planetenentstehung repräsentiert. Eine Schätzung der Lebenszeit von Scheiben kann durch die Bestimmung des Bruchteils von jungen Sternen mit Scheibe, gesehen im Infraroten, in Relation zu allen jungen Sternen in Sterncluster von unterschiedlichen Altern erreicht werden. Die meisten Studien aber kombinieren Sterncluster aus unterschiedlichen Sternentstehungsregionen mit verschiedenen Distanzen zum Sonnensystem, was zu einem Bias an Vollständigkeit des Datensatzes und der Umgebung in den Resultaten führt. In dieser Arbeit möchte ich diese Probleme umgehen, indem ich einen Datensatz von 33 Sterncluster mit Altern von 3 zu 21 Myr in der Scorpius-Centaurus OB Assoziation analysiere. Zuerst berechne ich den Bruchteil an jungen Sternen mit Scheibe für mehr als 10000 junge Sterne in dem Datensatz mit Daten vom Gaia Satellit, dem Wide-field Infrared Survey Explorer und dem Two Micron All Sky Survey, durch die unabhängige Nutzung von Farben-Farben Diagrammen und die spektrale Energieverteilung zur Detektion von Scheiben. Zusätzlich vergleiche ich die Resultate mit denen aus der Literatur, wobei alle diese Methode konsistent miteinander sind. Ich konstruiere ein Model unter Einbeziehung eines exponentiellen Zerfalls als funktionaler Zusammenhang zwischen dem Bruchteil der Scheiben und dem Alter der Sterncluster. Mithilfe von Bayesianischer Inferenz erhalte ich ein Scheibenalter von 5.76+0.28−0.31 Myr, welches ungefähr doppelt so groß ist wie vorherige Schätzungen in der Literatur, was bedeutet, dass Planeten mehr Zeit für ihre Entstehung hätten als davor angenommen. Dieses Resultat bleibt konsistent, wenn verschiedene Modellaufbauten in der Bayesianischen Inferenz getestet werden. Wenn die unterschiedlichen Methoden der Scheibendetektion verwendet werden, ergeben sich Differenzen, die sich durch fehlende Daten oder kleine Unterschiede in den individuellen Bruchteilen der Scheiben erklären lassen. Beim Testen des Einflusses von potenziellen Doppel- oder Vielsternsysteme finden sich Differenzen in den Lebenszeiten von Scheiben, welche durch physikalische Effekte ausgelöst sein könnten. In der aktuellen Literatur werden zwei zusätzliche Sterncluster als Teil dieser Sternentstehungsregion präsentiert. Durch Bestimmen des Bruchteils der Scheiben bestätige ich, dass diese zwei zu den anderen Sternclustern passen basierend auf diesem Parameter. Mithilfe einer Zusammenstellung an Messungen der Parameter von jungen Sternen und ihren Scheiben teste ich, ob die Relationen dieser Parameter sich mit Sterncluster ändern, was nicht beobachtet wird und bedeuten könnte, dass diese sich auch nicht mit Alter ändern. Insgesamt stellen die Ergebnisse dieser Arbeit einen wichtigen Meilenstein beim Bestimmen der Alter von zirkumstellaren Scheiben durch die Berechnung des Resultats in einer Sternentstehungsregion dar, was zur Beseitigung von Bias und zur Reduktion von Unsicherheiten führt.
Abstract
(Englisch)
The processes of star and planet formation are closely linked. After forming the young star from a reservoir of gas and dust, the outer leftover material forms a circumstellar disk due to angular momentum conservation. These disks represent the link between the two processes, as they are reservoirs of material for planets to form around the young star. The radiation of the young star and external radiation lead to the dispersion of the disk after some time, revealing the newly formed star. However, planets can only form from the material of circumstellar disks while it is still present. This leads to the subject of determining the lifetime of circumstellar disks, which gives a constraint to the timescales of planet formation. An estimate of the disk lifetime can be obtained by determining the fraction of young stars with a disk, seen as infrared-excess, with respect to all young stars in stellar clusters of varying ages. However, most studies combine stellar clusters from different star-forming regions with different distances to the solar system, which leads to sample completeness and environment biases in the results. In this thesis, I aim to circumvent these problems by analyzing 33 stellar cluster with ages ranging from 3 to 21 Myr in the Scorpius-Centaurus OB association. First, I derive the fraction of young stars with disks for the more than 10000 young stars in the sample using data from the Gaia satellite, the Wide-field Infrared Survey Explorer and the Two Micron All Sky Survey, utilizing color-color diagrams and spectral energy distributions independently to detect disk candidates. Additionally, I compare my results from these to results from the literature, with all of these methods being consistent with each other. I construct a model incorporating an exponential decay as the functional relation between the disk fraction and age of stellar clusters. Using Bayesian inference, I obtain a disk lifetime of 5.76+0.28−0.31 Myr, which is around twice as long as previous results from the literature, meaning planets would have more time for formation as thought before. This result remains consistent when testing different model setups in the Bayesian inference. When using the different methods for disk detection, some differences are present, which can be explained by missing data or slight differences in individual disk fractions. Testing the influence of binary or multiple stellar system candidates reveals some difference in disk lifetime, which could be explained by a physical effect. In recent literature, two additional stellar clusters are proposed as part of this star-forming region. By determining their disk fractions, I verify that these two fit among the other stellar clusters based on this parameter. Using a compilation of measurements for parameters of the young star and the disk, I test if the relation between the parameters changes with stellar cluster, which it does not, which could mean they also do not change with age. Overall, the results from this thesis represent an important milestone in determining the lifetime of circumstellar disks by obtaining a result in one star-forming region, removing biases and decreasing uncertainties.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Sternentstehung Planetenentstehung Zirkumstellare Scheiben Bayesianische Inferenz Scorpius-Centaurus OB Assoziation Sterncluster
Schlagwörter
(Englisch)
Star formation Planet formation Circumstellar disks Bayesian inference Scorpius-Centaurus OB Association Stellar cluster
Autor*innen
Fabian Alexander Polnitzky 
Haupttitel (Englisch)
Disk evolution in a single star-forming region
Paralleltitel (Deutsch)
Scheibenevolution in einer Sternentstehungsregion
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
xii, 80 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Joao Alves
Klassifikationen
39 Astronomie > 39.22 Astrophysik ,
39 Astronomie > 39.40 Sternsysteme. Sterne
AC Nummer
AC17602986
Utheses ID
76784
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |