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Early stages of high-mass star formation

Tackenberg, Jochen

German Title: Frühphasen Massereicher Sternentstehung

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Abstract

This thesis is dedicated to the formation of high-mass stars. In particular, we are interested in the initial conditions that allow massive stars to form. Therefore, we first examine the very initial stage of massive star formation. Based on a statistical survey study over 20 deg2 from mid-infrared to sub-millimeter wavelengths, we show that dense and massive starless clumps exist. Assuming that they will form stellar clusters instead of single objects, we estimate their lifetime to be between 15 kyr and 60 kyr. In order to understand such short lifetimes, we investigate the large-scale dynamical structure of high-mass star-forming regions. Using N2H+ observations we find smooth largescale velocity gradients in a number of filaments, which are consistent with gas flowing along the filament. Analyzing HCO+ and H13CO+ spectra, we find global supersonic gas infall onto a few regions. To understand whether the dynamics of an expanding Hii region can trigger star formation, we select a starless clump located on the rim of a bubble which is infrared-dark up to 160 μm. In a multi-wavelengths approach we search for imprints of the bubble on the gas. While an expanding Hii region might favor the formation of high-mass stars, we find no evidence that it triggers the collapse. In summary, this thesis emphasizes that high-mass star formation is a fast and dynamic process.

Translation of abstract (German)

Diese Doktorarbeit untersucht die Entstehung massereicher Sterne. Unseren Fokus legen wir auf die Fr¨uhstadien schwerer Sterne, und die Bedingungen, unter denen diese entstehen k¨onnen. Zuerst identifizieren und charakterisieren wir das Vorstadium massereicher Sternentstehung, die sternlosen und dichten Klumpen. Wir zeigen, dass dieses Vorstadium existiert, aber eine sehr begrenzte Lebenszeit von nur 15 kyr bis 60 kyr hat. Diese kurze Lebenszeit weist auf eine dynamische Strukturentwicklung hin. Mit Hilfe von N2H+ Beobachtungen innerhalb verschiedener massereicher Sternentstehungsregionen untersuchen wir deren Kinematik. Wir finden Geschwindigkeitsgradienten, die sich mit Gasfl¨ussen entlang der Filamente erklaeren lassen. Ausserdem zeigen wir, dass auf einige Regionen weiteres dichtes Gas einf¨allt. Um herauszufinden, ob sich ausdehnende Hii Regionen ebenfalls Sternentstehung anstoßen k¨onnen haben wir einen sternenlosen Klumpen ausgew¨ahlt und untersucht. Mit Hilfe von Daten verschiedener Wellenlaenge zeigen wir zun¨achst, dass er keine Punktquelle enth¨alt und sich auf dem Rand einer Hii Region befindet. Danach suchen wir nach Anzeichen, die auf eine Wechselwirkung zwischen Hii Region und sternlosem Klumpen hinweisen. Sich ausdehnende Hii Regionen k¨onnten die Entstehung massereicher Sterne beg¨unstigen, wir finden aber keine Hinweise daf¨ur, dass der Kollaps dadurch angestoßen wird. Mit unseren Resultaten zeigen wir, dass die Entstehung massereicher Sterne ein schneller Prozess ist, an dem der gesamte Klumpen beteiligt ist.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Beuther, priv. Doz. Dr. Henrik
Date of thesis defense: 22 April 2013
Date Deposited: 10 May 2013 08:25
Date: 2013
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Uncontrolled Keywords: Sternentstehung massereiche Sterne
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