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Cluster chains: feedback-driven dynamics in the the Scorpius-Centaurus OB association
Laura Posch
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium Naturwissenschaften: Astronomie
Betreuer*in
Joao Alves
Mitbetreuer*in
Núria Miret Roig
DOI
10.25365/thesis.79661
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29585.51488.610121-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Feedback von massereichen Sternen formt das interstellare Medium, indem es Molek ülwolken komprimiert und so potentiell einen Kollaps der Wolke und anschließend Sternentstehungauslöst. Obwohl dieses ”getriggerte“ Sternentstehungsszenario theoretisch gut fundiert ist, bleibt der Nachweis in Beobachtungsdaten bisher uneindeutig. Die Scorpius–Centaurus (Sco-Cen) OB-Sternassoziation bietet eine ideal Umgebung, um die Auswirkungen stellaren Feedbacks über einen Zeitraum von etwa 15 Myr zu untersuchen. Eine kürzlich durchgeführte Clusteranalyse auf Basis von Gaia DR3-Daten ergab einen umfassenden Cluster-Katalog. Dieser offenbarte, mithilfe der homogenen ermittelten Cluster-Altern, eine Sequenz immer jüngerer Sternhaufen, die sich vom älteren Zentrum von Sco-Cen nach außen erstreckt. Aufbauend auf diesem Katalog untersuchten wir die Kinematik der Corona-Australis (CrA) Clusterkette, die die CrA Molekülwolke mit dem Zentrum von Sco-Cen verbindet. Unsere Analyse zeigte einen nicht-linearen Position-Geschwindigkeit-Verlauf entlang der ver-tikalen Galaxisachse, wobei der jüngste und am weitesten unterhalb der galaktischen Ebene gelegene Cluster sich am schnellsten von dieser entfernt. Dies widerspricht den Erwartungen der vertikalen galaktischen Oszillation, welche eine Abbremsung nach dem Durchqueren der galaktischen Ebene vorhersagt. Durch Rückverfolgung der Bewegung konnten wir zeigen, dass die CrA-Cluster ursprünglich nahe dem Zentrum von Sco-Cen entstanden sind. Basierend auf diesen Ergebnissen schlagen wir vor, dass zusätzlich zum galaktischen Potential eine Kraft durch massereiche Sterne in Sco-Cen die Molekülwolke nach außen beschleunigte und dabei die sequentielle Bildung der Cluster auslöste. Diese Analyse wurde auf zwei weitere Clusterketten ausgeweitet: Lower Centaurus Crux (LCC) und Upper Scorpius (Upper-Sco). Alle drei Ketten zeigen übereinstimmende physikalische Eigenschaften: lineare 3D-Strukturen im Raum, zunehmende Geschwin-digkeit, ab-nehmendes Alter sowie abnehmende Masse entlang der Clusterkette. Die jüngsten Cluster jeder Kette sind mit Molekülwolken assoziiert, die kometenartige, windgeformte Morphologien aufweisen. Diese Beobachtungen stützen das vorge-schlagene Szenario, in dem Feedback aus dem Zentrum von Sco-Cen die Ursprungs-wolken beschleunigte und so die sequentielle Sternclusterbildung anstieß. Ein Impuls-Vergleich deutet darauf hin, dass weniger als 15 Supernovae ausreichen, um den beobachteten Impuls der Wolken zu erklären. Weiterhin schätzen wir, dass etwa 40% der Sterne in Sco-Cen durch getriggerte Sternentstehung entstanden sein könnten. In einer weiterführenden Analyse entwickelten wir ein analytisches Modell, das die Beschleunigung der Wolken durch Stern-Feedback vom Einfluss des galaktischen Gravitationspotentials isoliert. Durch Fitten des Modells an die Beobachtungsdaten der CrA- und LCC-Ketten testeten wir verschiedene Szenarien, nämlich i) kein Feedback, ii) konstantes Feedback und iii) linear-variierendes Feedback. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Clusterketten ohne den Einfluss von Feedback nicht bilden können, und dass Feedback-Modelle die Beobachtungen hervorragend reproduzieren. Ein Vergleich der gemessenen Beschleunigug mit verschiedenen Feedbackprozessen legt nahe, dass Strahlungsdruck und Sternwinde vermutlich zu Beginn eine Rolle spielten, während thermischer Druck und Supernova-explosionen in späteren Phasen dominierten. Clusterketten liefern einen direkten Hinweis auf getriggerte Sternentstehung. Ihre struk-turierten Alters- und Geschwindigkeitsgradienten deuten auf eine sequentielle Bildung hin, die durch stellaren Feedback gegen das galaktische Potential vorangetrieben wurde. Diese Ketten bieten ideale Versuchbedingungen zur Untersuchung chemischer Anreicherung der interstellaren Materie auf kurzen Zeitskalen. Sie stellen außerdem neue beobachtungsbasierte Randbedingungen für numerische Simulationen von feedback-regulierter Sternentstehung dar.
Abstract
(Englisch)
Massive stellar feedback influences the structure and dynamics of the interstellar medium by compressing molecular clouds, which can lead to their collapse and the onset of star formation. Although supported by theoretical models, direct observational evidence for triggered star formation remains inconclusive, including uncertainties about the fraction of stars formed as a direct result of triggering. The Scorpius-Centaurus (Sco-Cen) OB association provides a valuable environment for studying the impact of feedback over a period of approximately 15 Myr. A recent clustering analysis using Gaia DR3 data produced a detailed census of young clusters with uniform age estimates, revealing a sequence of progressively younger clusters that extend from the older central regions of Sco-Cen. Building on this census, we investigated the kinematics of the Corona Australis (CrA) cluster chain, which connects the CrA molecular cloud to the center of Sco-Cen. Our analysis revealed a non-linear position–velocity gradient along the vertical Galactic axis, where the youngest and most distant cluster below the Galactic plane moves fastest away from it. This observation contradicts expectations from vertical Galactic oscillation, which predicts a decelerated motion after crossing the midplane. By tracing back the orbits of the CrA clusters, we found that they originated near the center of Sco-Cen. We proposed that feedback from massive stars in Sco-Cen accelerated the molecular cloud outward, triggering sequential cluster formation along the way. The analysis was extended to two additional cluster chains: Lower Centaurus Crux (LCC) and Upper Scorpius (Upper-Sco). All three chains show the same physical properties, namely linear spatial alignment in three dimensions, and increasing velocity, decreasing age, and decreasing mass gradients. The youngest clusters in each chain are associated with molecular clouds, which exhibit cometary-shaped morphologies. These observations further support our proposed scenario, in which stellar feedback from the center of Sco-Cen accelerated the progenitor clouds and induced sequential cluster formation. Momentum estimates suggest that fewer than 15 supernovae are sufficient to account for the observed cloud momentum of either chain. We further estimated that up to 40% of stars in Sco-Cen have formed through triggered star formation. In a final study, we developed an analytical model that isolates cloud acceleration due to stellar feedback from that induced by the Galactic gravitational potential. Fitting this model to the observed CrA and LCC chains, we tested several feedback scenarios, including no feedback, constant feedback, and linearly varying feedback. The results show that cluster chains cannot form without feedback and that both models including feedback reproduce the observations well. A comparison of the inferred acceleration with theoretical expectations from different feedback mechanisms lead to the hypothesis that radiation pressure and stellar winds may contribute during the early phases of evolution, whereas thermal pressure and supernova explosions might dominate at later times. In conclusion, cluster chains provide the most direct and conclusive evidence of triggered star formation to date. Their structured age and velocity gradients indicate sequential formation driven by feedback counteracting the Galactic gravitational potential. These systems serve as valuable laboratories for studying short-timescale chemical enrichment and constitute new observational constraints for numerical simulations of feedback-regulated star formation.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Sternentstehung Corona Australis Molekülwolke Stellares Feedback
Schlagwörter
(Englisch)
star formation Corona Australis molecular cloud stellar feedback
Autor*innen
Laura Posch 
Haupttitel (Englisch)
Cluster chains: feedback-driven dynamics in the the Scorpius-Centaurus OB association
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
xiv, 127 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Marc Audard ,
Tereza Jerabkova
Klassifikationen
39 Astronomie > 39.40 Sternsysteme. Sterne ,
39 Astronomie > 39.43 Interstellare Materie
AC Nummer
AC17716723
Utheses ID
77112
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 413 |