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Characterizing the fractal dimension of molecular clouds
Simone Spedicato
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Alvaro Hacar Gonzalez
DOI
10.25365/thesis.79683
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-13446.06746.897021-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Struktur von Molekülwolken spielt eine zentrale Rolle für das Verständnis der physikalischen Mechanismen hinter der Sternentstehung. In dieser Arbeit analysieren wir die Molekülwolken Orion A und Orion B mithilfe topologischer Verfahren sowie unter Verwendung von Minkowski-Funktionalen. Die Grundlagen der Analyse sind Säulendichtekarten, die aus fernen Infrarotdaten der Staubemissionen abgeleitet wurden. Daraus bestimmen wir sowohl globale als auch lokale fraktale Dimensionen über einen breiten Dynamikbereich hinweg. Unsere Ergebnisse zeigen in Orion A einen strukturellen Übergang bei einer Säulendichte von $N \sim 1{,}2 \times 10^{22} \,\mathrm{cm}^{-2}$, der mit dem Auftreten dichter Kerne und erhöhter Sternentstehungsaktivität zusammenfällt. Orion~B hingegen weist eine durchgängig skalenfreie, turbulente Morphologie ohne einen solchen Übergang auf. Die Euler-Charakteristik untermauert diese Interpretation durch ein deutliches topologisches Maximum in Orion A, das in Orion B fehlt. Zusätzlich führen wir eine lokale Karte der fraktalen Dimension sowie sogenannte Masse-Größe-Dimensions-Diagramme (MSD) ein, um die strukturelle Komplexität ortsabhängig zu analysieren. Ein Vergleich mit der Verteilung junger Sternobjekte (YSOs) zeigt, dass Regionen mit höherer fraktaler Komplexität insbesondere in Orion A vermehrt frühe Entwicklungsstadien der Sternentstehung aufweisen. Dies deutet auf eine Verbindung zwischen komplexer Morphologie und aktiver Sternbildung hin. Unsere Arbeit zeigt, wie Methoden der Fraktal- und Topologieanalyse helfen können, die mehrskalige Struktur des interstellaren Mediums zu erfassen und mit physikalischen Prozessen der Sternentstehung zu verknüpfen.
Abstract
(Englisch)
Understanding the structure of molecular clouds is crucial for unveiling the physical processes that govern star formation. In this thesis, we present a detailed morphological and topological analysis of the Orion A and Orion B molecular clouds, employing tools rooted in fractal geometry and Minkowski functionals. Using column density maps derived from far-infrared dust emission, we apply perimeter-area techniques both globally and locally to quantify the fractal dimension across a wide dynamic range. Our results reveal a clear structural transition in Orion A at a column density of $N \sim 1.2 \times 10^{22} \,\mathrm{cm}^{-2}$, coinciding with the onset of dense core formation and enhanced star formation activity. Orion B, in contrast, maintains a scale-free, more turbulent morphology with no such transition. The Euler characteristic further supports this picture, showing a well-defined topological peak in Orion A, absent in Orion B. We also introduce a local fractal dimension map and mass-size-dimension (MSD) diagrams, enabling a spatially resolved assessment of structural complexity. By correlating these structural diagnostics with the distribution of young stellar objects (YSOs), we find that regions of higher local fractal dimension tend to host more early-stage protostars, particularly in Orion A. This suggests a connection between morphological complexity and ongoing star formation. Our findings demonstrate the value of fractal and topological frameworks in understanding the complex physics of the interstellar medium and linking cloud structure to star formation processes.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Astronomie Molekülwolken Topologie Fraktale Dimension
Schlagwörter
(Englisch)
Astronomy Molecular Clouds Topology Fractal Dimension
Autor*innen
Simone Spedicato 
Haupttitel (Englisch)
Characterizing the fractal dimension of molecular clouds
Paralleltitel (Deutsch)
Charakterisierung der fraktalen Dimension von Molekülwolken
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
xiv, 71 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Alvaro Hacar Gonzalez
Klassifikation
39 Astronomie > 39.43 Interstellare Materie
AC Nummer
AC17717750
Utheses ID
78063
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |