German Title: Stellare Rückkopplungsprozesse und die Selbstregulierung von Sternentstehung in Riesenmolekülwolken - Ein neuer semi-analytischer Ansatz

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Abstract

Stars and the gas between them - the interstellar medium - are intrinsically coupled. Massive stars form in clouds of molecular gas and illuminate them with their radiation, thus creating regions of ionized hydrogen (HII regions) and photodissociation regions. Eventually these stars destroy their parent clouds via powerful feedback mechanisms: stellar winds, ionizing radiation, and supernova explosions. These feedback processes are a crucial self-regulation mechanism of star formation, since, as soon as the first massive stars have formed, further star formation is suppressed.

Stellar winds, radiation, and supernova feedback interact with each other in a highly non-linear manner. This complexity poses a problem not only for purely analytic approaches but also for three-dimensional hydrodynamical simulations due to the high computational cost. Here, I present a novel, semi-analytic, one-dimensional model, called WARPFIELD, which allows the cost-efficient simulation of the effects of stellar feedback from a massive star cluster on its natal giant molecular cloud (GMC). With WARPFIELD we can show that the strength of each feedback process depends strongly on time and environment. For a large range of GMC and star cluster properties we can also demonstrate that stellar feedback can naturally explain the observed inefficiency of star formation.

Translation of abstract (German)

Sterne und das Gas zwischen ihnen - das interstellare Medium - sind miteinander gekoppelt. Massereiche Sterne entstehen in Wolken aus molekularem Gas und erleuchten diese mit ihrer Strahlung. Dabei entstehen Gebiete aus ionisiertem Wasserstoff (HII-Regionen) und Photodissoziationsregionen. Schließlich zerstören massereiche Sterne die Wolken, in denen sie geboren wurden, durch verschiedene Rückkopplungsprozesse: stellare Winde, ionisierende Strahlung und Supernova-Explosionen. Diese Rückkopplungsprozesse stellen einen wichtigen Selbstregulierungsmechanismus der Sternentstehung dar, denn sobald sich die ersten massereichen Sterne gebildet haben, wird weitere Sternentstehung unterdrückt. Stellare Winde, Strahlung und Supernova-Explosionen wechselwirken auf hochgradig nicht-lineare Art miteinander. Diese Komplexität stellt ein Problem sowohl für rein analytische Ansätze dar als auch - aufgrund des hohen Rechenaufwands - für dreidimensionale hydrodynamische Simulationen. In dieser Arbeit stelle ich ein neues, semi-analytisches, eindimensionales Modell namens WARPFIELD vor, das es erlaubt, die Effekte stellarer Rückkopplungsprozesse eines massereichen Sternhaufens auf die mütterliche Riesenmolekülwolke mit niedrigem Rechenaufwand zu simulieren. Mit WARPFIELD lässt sich zeigen, dass die Stärke eines jeden Rückkopplungsprozesses stark zeit- und umgebungsabhängig ist. Außerdem können wir demonstrieren, dass stellare Rückkopplungsprozesse auf natürliche Art und Weise die beobachtete Ineffizienz von Sternentstehung erklären können.