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Generation and Evolution of Structures in the interstellar medium

Applicant Dr. Robert Simon
Subject Area Astrophysics and Astronomy
Term from 2016 to 2024
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 316871866
 
Final Report Year 2023

Final Report Abstract

Die Zielsetzung von GENESIS war es, die relative Bedeutung von unterschiedlichen physikalischen Prozessen wie Gravitation, Turbulenz und Strahlung auf Sternentstehung im interstellaren Medium (ISM) besser zu verstehen. Dazu wurden Beobachtungsdaten im fernen Infrarot (FIR) von Staub, Kühllinien von ionisiertem Kohlenstoff (CII) und Sauerstoff (OI), sowie Moleküllinien wie Kohlenmonoxid (CO) verwendet. In enger Zusammenarbeit zwischen Mitgliedern im I. Physik. Institut, Universität zu Köln, dem Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux (LAB) und dem INRIA Institut in Bordeaux wurden neuartige Analysemethoden im Bereich der Multifraktalität entwickelt um Beobachtungen und Simulationen zu korrelieren. Mit diesem Ansatz wurde der Einfluss von Turbulenz und Schocks auf die Struktur des ISM besser identifiziert und verstanden. Dieser neue Formalismus wurde auf 2-dimensionale Staubdaten des Herschel Satelliten angewandt. Im Weiteren wurden auch schon existierende Methoden der Strukturanalyse von Gaswolken im ISM, wie die Delta-Varianz oder PDFs (Probability distribution functions), verwendet. Der Schwerpunkt der Arbeit in Köln lag auf der Beobachtung der FIR Kühllinien mit SOFIA (Stratospheric Observatory for Far-infrared Astronomy), deren Analyse und Interpretation, sowie der Korrelation mit CO Daten von bodengestützen Teleskopen. Die wichtigsten Ergebnisse und Highlights von GENESIS sind: • GENESIS hat den Erhalt des SOFIA Legacy Programmes FEEDBACK (PI. N. Schneider, Co-Is R. Simon, S. Bontemps) ermöglicht. Ca. 100 h Beobachtungszeit wurden für die 158 µm CII und 63 µm OI Linie in 11 Galaktischen Sternentstehungsregionen gewährt. Ca. 80% des Programmes sind beobachtet worden, bevor der Betrieb von SOFIA im September 2022 eingestellt wurde. Die wichtigsten Resultate sind die Entdeckung von expandierenden Schalen in CII, die eine schnellere Sternentstehung vorantreiben können, und die Identifizierung von schnellen atomaren Strömungen welche Molekülwolken formen. • GENESIS hat dazu beigetragen ein ALMA Keyprogram (ALMA-IMF, Co-Is S. Bontemps, T. Csengeri) zu erhalten, welches die initiale Massenverteilung von Sternentstehungsregionen auf sehr kleinen Skalen (<1 pc) studiert. • Ein ‚Highlight-paper‘ (mit cover page) in Astronomy & Astrophysics (Yahia et al. 2021) in dem ein Formalismus zur Charakterisierung von Multifraktalität im ISM vorgestellt wird. Wir zeigen am Beispiel der Musca Wolke, dass verschiedene physikalische Prozesse innerhalb dieser Region stattfinden um Filamente zu formen und dass diese anhand von unterschiedlichen fraktalen Dimensionen identifiziert werden können. • Die Doktorarbeit von Lars Bonne im Rahmen von GENESIS (Thema war Strukturbildung von dichtem Gas im ISM) hat zwei Preise gewonnen, den Nouvelle-Aquitaine Preis der Region Aquitanien und den NASA SOFIA Preis für die beste Doktorarbeit. • GENESIS hat eine sehr hohe Zahl von Veröffentlichungen (56) generiert und alle Themengebieten die im Antrag vorgestellt wurden abgedeckt. Der Wissenstand bezüglich der Struktur des ISM und charakteristische Skalen, PDFs, Filamentbildung, der Übergang von atomaren zu molekularem Wasserstoff in interstellaren Wolken, Eigenschaften des diffusen und dichten Gases, Einfluss von massereichen Sternen auf das ISM und Photonendominierte Regionen wurde deutlich erweitert.

Publications

 
 

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