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Dunkelwolken Frostige Kinderstuben der Sterne Dunkelwolken Markus Nielbock Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg.

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Präsentation zum Thema: "Dunkelwolken Frostige Kinderstuben der Sterne Dunkelwolken Markus Nielbock Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg."—  Präsentation transkript:

1 Dunkelwolken Frostige Kinderstuben der Sterne Dunkelwolken Markus Nielbock Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg

2 Die Milchstraße

3 optische Aufnahme Gebiete aktueller Sternentstehung M 17 – Omeganebel Entfernung: 2.1 kpc (7000 Lj) Sternbild: Schütze Infrarot-Aufnahme ESO/VLT (Hoffmeister et al. 2008)

4 Isolierte Dunkelwolken (Globulen) B68B68 B71B71 B69B69 B70B70 B73B73 B74B74 B72B72

5 Barnard 68 - Dichteverteilung sternloser Wolkenkern Entfernung: 150 pc (500 Lj) Masse: 3 M Größe: 0.2 pc ( AE) gravitativer Kollaps? Alves et al. (2001) Nah-Infrarot-Extinktion

6 Dichte in der Astrophysik Gewöhnlich beschreibt die Dichte ρ, wie viel Masse pro Raumelement vorhanden ist. Wasser hat eine Dichte von ca. 1 kg pro Liter (Kubikdezimeter). Umgerechnet in eine Teilchendichte n sind das 3, Wassermoleküle pro Liter oder 3, Wassermoleküle pro Kubikzentimeter (cm 3 ). Säulendichte = Teilchenanzahl Flächenelement Will man die Menge von Teilchen entlang einer Sichtlinie beschreiben (z. B. durch eine Nebelbank), kann man das mittels der Säulendichte N. Sie ist mit der Volumendichte über die Geometrie des Objekts verknüpft. ρ,n bleiben unverändert, N verdoppelt sich. Die Säulendichte N ist leicht aus der Extinktion zu bestimmen. Da die Form des untersuchten Objekts zunächst unbekannt ist, erfordert die Bestimmung von n Annahmen. So zeigt eine Kugel mit einheitlichem n eine radiale Variation von N.

7 Kollaps einer Globule Überwiegt die Gravitation gegenüber dem inneren Druck, kollabiert die Globule. Damit beginnt die Entwicklung zu einem Stern. James H. Jeans *1877 Ormskirk 1946 Dorking Jeans-Kriterium: Ist die Masse des Fragments größer als M J, so kollabiert es, und zwar in einem Maßstab, der Freifallzeit genannt wird (einige Jahre). Fragment kollabiert heizt sich auf dehnt sich aus Eine komprimierte Gaskugel (höhere Dichte ρ) heizt sich auf (Luftpumpeneffekt). Dadurch erhöht sich der Gasdruck. Ist die Dichte zu gering, stoppt der Kollaps und kehrt sich um. Aufheizung muss verhindert werden: Kühlung Aufheizung muss verhindert werden: Kühlung

8 Kollaps eines Wolkenfragments James H. Jeans *1877 Ormskirk 1946 Dorking Jeans-Kriterium: Ist die Masse des Fragments größer als M J, so kollabiert es, und zwar in einem Maßstab, der Freifallzeit genannt wird (einige Jahre). Fragment kollabiert Kühlungsprozesse (Energie wird dem System entzogen): InfrarotstrahlungInfrarotstrahlung Linienstrahlung des Gases nach StoßanregungLinienstrahlung des Gases nach Stoßanregung C O H H Überwiegt die Gravitation gegenüber dem inneren Druck, kollabiert die Globule. Damit beginnt die Entwicklung zu einem Stern.

9 EPoS – The Earliest Phases of Star formation Herschel Garantiezeitprogramm (Leitung: O. Krause, MPIA)Herschel Garantiezeitprogramm (Leitung: O. Krause, MPIA) Bestimmung der Verteilung von Staubtemperatur und -dichte von 12 nahen undBestimmung der Verteilung von Staubtemperatur und -dichte von 12 nahen und isolierten Wolkenkernen (Launhardt et al. 2013) isolierten Wolkenkernen (Launhardt et al. 2013) Vergleich mit theoretischen Modellen war bislang nicht möglichVergleich mit theoretischen Modellen war bislang nicht möglich Beobachtungen mit Herschel bei 100, 160, 250, 350, und 500 µmBeobachtungen mit Herschel bei 100, 160, 250, 350, und 500 µm Zusätzliche Daten von bodengebundenen TeleskopenZusätzliche Daten von bodengebundenen Teleskopen Vortrag konzentriert sich auf Barnard 68 (Nielbock et al. 2012)Vortrag konzentriert sich auf Barnard 68 (Nielbock et al. 2012)

10 Messdaten Nielbock et al. (2012)

11 Elektromagnetische Strahlung 1900 Theoretische Beschreibung mit Hilfe der Quantenphysik Nobelpreis 1918 Max Planck *1858 Kiel 1947 Göttingen Infrarot sichtbares Licht

12 Konstruktion von Temperaturkarten Über das Planck-Gesetz: Temperatur pro BildpunktÜber das Planck-Gesetz: Temperatur pro Bildpunkt räumliche Verteilung der Temperatur des strahlenden Mediums (Staub)räumliche Verteilung der Temperatur des strahlenden Mediums (Staub) gilt nur für idealisierte Bedingungengilt nur für idealisierte Bedingungen Eigenschaften des Staubs (z.B. Form, Korngröße) spielen eine RolleEigenschaften des Staubs (z.B. Form, Korngröße) spielen eine Rolle Temperatur nicht unabhängig von der DichteTemperatur nicht unabhängig von der Dichte Voraussetzung: nur eine Temperatur entlang BeobachtungsrichtungVoraussetzung: nur eine Temperatur entlang Beobachtungsrichtung unrealistisch, gilt nur am Randunrealistisch, gilt nur am Rand Die ermittelten Größen sind daher die Mittelwerte entlang der Beobachtungsrichtung.Die ermittelten Größen sind daher die Mittelwerte entlang der Beobachtungsrichtung. Nielbock et al. (2012)

13 Modellierung mittels Ray-Tracing Berechnung für Punkte entlang Strahlen durch das ObjektBerechnung für Punkte entlang Strahlen durch das Objekt Temperatur und Dichte werden für jeden Punkt gleichzeitig berechnetTemperatur und Dichte werden für jeden Punkt gleichzeitig berechnet Iterativ mit vorgegebenen Anfangsbedingungen für Dichteverteilung und RandwerteIterativ mit vorgegebenen Anfangsbedingungen für Dichteverteilung und Randwerte Annahme: radiale Verteilung entlang Himmelsebene = entlang BeobachtungsrichtungAnnahme: radiale Verteilung entlang Himmelsebene = entlang Beobachtungsrichtung ΔT d Δn H n out = const T out = const 3D-Datenkubus: 100 Zellen entlang Sichtlinie (10) 3 pro Zelle entspricht (1500 AE) 3

14 Modellierung mittels Ray-TracingErgebnisse: kalter, dichter Kernkalter, dichter Kern Staubtemperatur nimmt zum Rand hin zu, Dichte nimmt ab (erstmals gemessen)Staubtemperatur nimmt zum Rand hin zu, Dichte nimmt ab (erstmals gemessen) zentrale Temperatur: 8 K, extern geheiztzentrale Temperatur: 8 K, extern geheizt Theoretische Berechnungen qualitativ bestätigtTheoretische Berechnungen qualitativ bestätigt Jeans-Kriterium für Kollaps nicht erfülltJeans-Kriterium für Kollaps nicht erfüllt Nielbock et al. (2012)

15 radiale Verteilung der Temperatur und der Dichteradiale Verteilung der Temperatur und der Dichte relativ flache Verteilung im Zentrum starker Abfall weiter Außen Theorie postuliert: n H ~ r -2 Befund: n H ~ r -3.5 deutet auf Herkunft aus einem Wolkenfilament hin (Ostriker 1964) Modellierung mittels Ray-Tracing Nielbock et al. (2012)

16 Sterne entstehen in Wolkenfilamenten B68B68

17 ESA/Herschel/Hobys-Konsortium Hennemann et al. (2012) André et al. (2010)

18 galaktisches Strahlungsfeld heizt Globulegalaktisches Strahlungsfeld heizt Globule Infrarotstrahlung der MilchstraßeInfrarotstrahlung der Milchstraße Emission der erwärmten Globule asymmetrischEmission der erwärmten Globule asymmetrisch ungleichförmige Beleuchtung durch gal. Ebeneungleichförmige Beleuchtung durch gal. Ebene Temperatur dort am höchstenTemperatur dort am höchsten naher Stern könnte ebenfallsnaher Stern könnte ebenfalls zur Beleuchtung beitragen zur Beleuchtung beitragen weitere Beobachtungen nötigweitere Beobachtungen nötig Externe Beleuchtung 40 pc

19 Zusammenfassung Sternentstehung beginnt in Dunkelwolken.Sternentstehung beginnt in Dunkelwolken. Sterne entwickeln sich aus Wolkenkernen (Globulen), die kalt und dicht genug sind.Sterne entwickeln sich aus Wolkenkernen (Globulen), die kalt und dicht genug sind. Herschel ermöglichte zum ersten mal die zuverlässige Bestimmung der Temperatur undHerschel ermöglichte zum ersten mal die zuverlässige Bestimmung der Temperatur und der Dichte des Staubs einer Globule, Barnard 68. der Dichte des Staubs einer Globule, Barnard 68. Zum ersten mal wurde der Temperaturverlauf experimentell bestimmt.Zum ersten mal wurde der Temperaturverlauf experimentell bestimmt. Sie reicht von 8 K im Zentrum bis zu 20 K am Rand.Sie reicht von 8 K im Zentrum bis zu 20 K am Rand. Theoretische Vorhersagen wurden zumindest qualitativ bestätigt.Theoretische Vorhersagen wurden zumindest qualitativ bestätigt. Die Dichte nimmt jedoch nach außen schneller ab als erwartet.Die Dichte nimmt jedoch nach außen schneller ab als erwartet. Dichteverlauf deutet auf eine Herkunft aus einem Wolkenfilament hin.Dichteverlauf deutet auf eine Herkunft aus einem Wolkenfilament hin. B68 wird von Außen durch das umgebende Strahlungsfeld geheizt.B68 wird von Außen durch das umgebende Strahlungsfeld geheizt. Heizung scheint nicht von allen Seiten gleich stark zu sein: AnisotropieHeizung scheint nicht von allen Seiten gleich stark zu sein: Anisotropie Die Hauptheizquelle muss noch durch geeignete Messungen ermittelt werden.Die Hauptheizquelle muss noch durch geeignete Messungen ermittelt werden.

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21 Kollisionsszenario Burkert & Alves (2009) B68B68 B71B71 B69B69 Alves et al. (2001)


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