Detailansicht
Hidden patterns in the dust
a segmentation study of the local ISM
Lilly Anna Kormann
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.79038
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-31322.49750.300833-9
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Aktuelle 3D-Staubkarten der lokalen Milchstraße revolutionieren unser Verständnis der galaktischen Nachbarschaft der Sonne und liefern dringend benötigte Einblicke in die großräumige Organisation des interstellaren Mediums. Diese Arbeit konzentriert sich auf die größten bekannten Strukturen im interstellaren Medium, sogenannte Superwolken. Superwolken sind definiert als große Strukturen, die hauptsächlich aus neutralem atomarem Wasserstoff bestehen und sowohl in externen Galaxien als auch in der inneren Milchstraße bekannt sind. Bisher wurden keine Superwolken in der unmittelbaren solaren Nachbarschaft identifiziert, was die Frage aufwirft, ob ihr Fehlen physikalisch bedingt ist oder auf frühere Beobachtungslimitationen zurückzuführen ist. Um diese Frage zu beantworten, untersucht diese Masterarbeit, ob Superwolken in den lokalen ∼ 5 kpc² der Milchstraße mithilfe modernster und Gaia-basierter 3D-Staubkarten identifiziert und klassifiziert werden können. Die Segmentierung erfolgt mithilfe des Strukturfindungsalgorithmus HOP. Ursprünglich entwickelt, um molekulare Wolken in numerischen Simulationen zu identifizieren, wird der Algorithmus hier angepasst, um größere, weniger dichte Strukturen zu erkennen, die den Eigenschaften von Superwolken entsprechen. Durch die Anwendung des Strukturfindungsalgorithmus HOP wird ein Muster aus sieben, stark elongierten, überwiegend parallelen Strukturen entdeckt, von denen fünf bisher unbekannt waren. Aufgrund ihrer Größe, Masse und vermuteter Zusammensetzung (vorwiegend atomarer Wasserstoff) werden diese Strukturen, wie auch in extragalaktischen Studien, als Superwolken bezeichnet. Die Superwolken zeigen Winkel von 33.5 ± 4.0° und Massen im Bereich von 10⁵ bis 10⁶ M⊙. Nahezu alle bekannten Sternentstehungsgebiete in der solaren Nachbarschaft liegen innerhalb der Superwolken, vor allem entlang ihrer zentralen Achsen, was die Hypothese unterstützt, dass sie als Reservoir für die Bildung riesiger Molekülwolken dienen. Sechs der sieben Superwolken zeigen eine wellenartige Struktur, was darauf hindeutet, dass diese Eigenschaft nicht einzigartig für die bereits bekannte Radcliffe Wave ist. Die Ergebnisse zeigen, dass die Linienmassen der Superwolken um etwa einen Faktor vier variieren, während ihre Volumendichten nur um etwa 10% schwanken. Das deutet darauf hin, dass Superwolken ihre physikalische Größe und innere Struktur selbst regulieren um im Druckgleichgewicht mit ihrer Umgebung zu bleiben. Diese Erkenntnisse schaffen einen neuen Rahmen für das Verständnis, wie großräumige galaktische Strukturen die Bedingungen für die Sternentstehung in der Nähe der Sonne und wahrscheinlich auch in Galaxien wie der Milchstraße beeinflussen.
Abstract
(Englisch)
Recent 3D dust maps of the local Milky Way are revolutionizing our understanding of the Sun’s Galactic neighborhood, bringing much-needed insight into the large-scale organization of the interstellar medium. This thesis focuses on the largest structures known to exist in the interstellar medium, so-called superclouds. Superclouds are defined as large, gaseous structures composed mainly of neutral atomic hydrogen and have been recognized and studied in both external galaxies and the inner Milky Way. Up until now, no superclouds have been identified in the immediate solar neighborhood, raising the question if their absence is physical or the result of observational limitations in the past. To address this question, this thesis investigates whether superclouds can be identified and classified within the local ∼ 5 kpc² of the Milky Way using a state-of-the-art and Gaia-based 3D dust map. The segmentation of the map is done with the structure finding algorithm HOP. Initially adapted to find molecular clouds in numerical simulations, the algorithm is fine-tuned to recover larger, lower-density structures that match the characteristics of superclouds. By applying the structure finding algorithm HOP, a pattern of seven highly elongated, mostly parallel structures is uncovered, five of which were previously unknown. Given their size, mass, and likely composition (predominantly atomic hydrogen), these structures are referred to as superclouds, following the previously established terminology in extragalactic studies. The superclouds show pitch angles of 33.5 ± 4.0° and masses ranging from 10⁵ to 10⁶ M⊙. Nearly all known star-forming regions in the solar neighborhood lie within these superclouds, primarily along their central axes, supporting the idea that they are reservoirs for the formation of giant molecular clouds. All but one of the seven superclouds show an underlying undulation, indicating that this is not a property unique to the previously known Radcliffe wave. The results show that while the superclouds have line masses that differ by about a factor of four, their volume densities vary only by about 10%. This suggests that superclouds self-regulate their physical sizes and internal structure to maintain pressure equilibrium with their environment. These findings establish a new framework for understanding how large-scale Galactic structures shape the conditions for star formation in the solar vicinity, and likely in galaxies like the Milky Way.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Sternentstehung interstellares Medium Staub
Schlagwörter
(Englisch)
star formation interstellar medium dust
Autor*innen
Lilly Anna Kormann
Haupttitel (Englisch)
Hidden patterns in the dust
Hauptuntertitel (Englisch)
a segmentation study of the local ISM
Paralleltitel (Deutsch)
Verborgene Muster im Staub
Paralleluntertitel (Deutsch)
eine Segmentierungsstudie des lokalen ISM
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
xi, 51 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Joao Alves
AC Nummer
AC17612361
Utheses ID
77154
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |