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Multi-line analysis of the diffuse gas in OMC-2
Lorenz Michael Hauer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomy
Betreuer*in
Alvaro Hacar Gonzalez
DOI
10.25365/thesis.81905
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21950.84001.278364-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Sterne entstehen in den dichtesten Regionen von Molekülwolken, in denen das interstellare Medium hierarchisch organisiert ist. Herschel-Beobachtungen haben gezeigt, dass in nahen Sternentstehungsgebieten Filamente mit einer typischen Breite von etwa 0,1 pc auftreten. In letzter Zeit haben Fortschritte bei interferometrischen, hochauflösenden Beobachtungen jedoch gezeigt, dass diese Filamente in noch kleinere Subparsec-Filamente zerfallen, die sowohl räumlich als auch in ihrer Geschwindigkeit kohärent sind. Diese werden auch Fibers (dt. Fasern) genannt. Obwohl sie bereits detailliert untersucht wurden, sind ihre Entstehung und Entwicklung nicht im Detail verstanden. Da diese Prozesse wahrscheinlich vom umgebenden Gas beeinflusst werden, untersucht diese Arbeit die physikalischen Eigenschaften dieses Gases im OMC-2-Sternentstehungsgebiet, das Teil des "Orion Integral Shape Filament" ist. Das Ziel dieser Arbeit ist, zu bestimmen, ob und wie OMC-2-Fibers mit dem umliegenden Gas wechselwirken und ob dies ihre Entwicklung und Stabilität beeinflusst. Zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften des diffusen Gases in der Umgebung der Fibers werden RADEX Strahlungstransportmodelle unter der Annahme des nichtlokalen thermodynamischen Gleichgewichts (non-LTE) berechnet und mit neuen, hochauflösenden (6.7" oder ~2800 AU) ALMA-Beobachtungen der HNC(1-0)- und (3-2)-Übergänge verglichen. Eine unabhängige Karte der kinetischen Gastemperatur erlaubt uns, die Anregungsentartung zwischen Dichte und Temperatur zu reduzieren, was eine robuste Abschätzung der Gas- und Säulendichte ermöglicht. Die Gasdichte ermöglicht direkten Zugang zu den Druckbedingungen in OMC-2. Mithilfe der automatischen Fittingroutine FilChap analysieren wir die radialen Profile der Gasdichte, der Säulendichte und des externen Drucks senkrecht zu den Fiberachsen, um systematisch zu quantifizieren, wie das diffuse Gas mit den dichten Fibers wechselwirkt. Die Ergebnisse zeigen, dass das diffuse Gas in OMC-2 mit einer durchschnittlichen Gasdichte von etwa n(H₂) ~ 10⁶ cm⁻³ sehr dicht ist. Die Dichteverteilung ist strukturiert und folgt der Verteilung der Säulendichte, wobei Fibers im dichten Gas vorkommen. Aufgrund der hohen Dichten sind die Druckbedingungen extrem. Der Staudruck dominiert gegenüber dem thermischen Druck und beträgt durchschnittlich etwa P_ext/k_B ~ 10⁸ K cm⁻³. Dies ist Größenordnungen höher als der Druck in der galaktischen Ebene und zeigt, dass OMC-2 ein extremes und dynamisch aktives Gebiet ist. Eine visuelle Inspektion, sowie die radialen Profile, zeigen, dass Fibers häufig zwischen zwei Druckmaxima liegen, wobei der Oberflächendruck erhöht ist. Dies wird von Modellen vorhergesagt und könnte durch Akkretionsflüsse in Richtung der Oberfläche erzeugt werden, welche einen zusätzlichen Staudruck auf sie ausüben und sie dadurch komprimieren. Dies könnte die beobachtete geringe Breite der Fibers erklären, muss aber vorsichtig interpretiert werden, da HNC die internen Fibereigenschaften nicht zuverlässig misst.
Abstract
(Englisch)
Stars form in the densest regions of molecular clouds, where the interstellar medium is organised into hierarchical structures. Herschel observations have shown that nearby star-forming regions contain filaments with a characteristic width of ~0.1 pc. However, recent advances in interferometric, high resolution observations in the submillimeter regime have revealed that even these Herschel filaments split down into velocity-coherent, sub-parsec filaments known as fibers. Fibers are recognised to play an important role in star formation and have therefore been studied in detail. However, their formation and evolution remain poorly understood and are likely influenced by the surrounding, more diffuse gas in which they are embedded. This thesis investigates the physical properties of the surrounding gas in OMC-2, an intermediate-mass star-forming region within the Orion Integral Shape Filament, to determine how it interacts with dense fibers and influences their evolution and stability. To constrain the physical properties of the extended gas around fibers, we perform non-LTE radiative transfer calculations with RADEX and compare them with new ALMA observations of the HNC(1-0) and (3-2) transitions at high resolution (6.7" or ~2800 AU). An independent gas kinetic temperature map breaks the excitation degeneracy between density and temperature, allowing robust estimates of gas density and column density. These density estimates provide direct access to the pressure conditions in OMC-2. Using the automatic fitting routine FilChap, we analyse gas density, column density, and external pressure profiles perpendicular to the fiber spines to systematically quantify how the diffuse gas interacts with the dense fibers. Non-LTE radiative transfer modelling shows that the extended gas in OMC-2 is dense, with a median gas density of about n(H₂)~10⁶ cm⁻³. The density distribution is highly structured and closely matches the column density distribution, with fibers preferentially located within the high density gas. As a result of the high densities, the pressure conditions in OMC-2 are extreme. Ram pressure dominates the pressure budget over thermal pressure, with a median of about P_ext/k_B~10⁸ K cm⁻³. This is orders of magnitude higher than the typical galactic mid-plane pressure, showing that OMC-2 is an extreme, dynamically active star-forming region. Visual inspection and radial profiles reveal that fibers are often located between pressure peaks, with pressure enhancements frequently occurring at their surfaces. Since the internal pressure is often, though not always, lower than the surface pressure, external pressure may contribute to confining some fibers. The surface pressure enhancements are consistent with theoretical models and may arise from accreting motions towards the fiber, which exert ram pressure on it, compressing it. This potentially helps to explain the narrow observed fiber widths. However, because HNC does not reliably measure the internal fiber properties, the evidence for pressure confinement remains tentative and should be interpreted with caution.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Sternentstehung Interstellares Medium Filamente Radioastronomie Molekülwolken ALMA Fibers
Schlagwörter
(Englisch)
Star Formation Interstellar Medium Filaments Radioastronomy Molecular Clouds ALMA Fibers
Autor*innen
Lorenz Michael Hauer 
Haupttitel (Englisch)
Multi-line analysis of the diffuse gas in OMC-2
Publikationsjahr
2026
Umfangsangabe
xiv, 128 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Alvaro Hacar Gonzalez
Klassifikationen
39 Astronomie > 39.13 Radioastronomie ,
39 Astronomie > 39.43 Interstellare Materie
AC Nummer
AC18018704
Utheses ID
82174
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |