Skalen und Schwellenwerte der Turbulenz in Molekülwolken

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Ralf Klessen, Ph.D.; Privatdozent Dr. Volker Ossenkopf-Okada; Professorin Dr. Stefanie Walch-Gassner
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 203320423

Für die neue Antragsperiode schlagen wir vor, die Fähigkeiten der statistischen Werkzeuge, die in der ersten Periode entwickelt wurden, systematisch auf den Vergleich von Simulationen der Mehrphasenturbulenz im Interstellaren Medium (ISM) mit neuen Beobachtungen anzuwenden, um charakteristische Skalen und Parameter zu identifizieren, die die dynamische Entwicklung des ISM bestimmen. Wir werden Skalen und Schwellwerte messen an denen sich die Eigenschaften der turbulenten Kaskade ändert. Relevante Skalen sind z.B. die Breiten chemischer Übergänge, die Eindringtiefen von ultravioletter und infraroter Strahlung in filamentäre Wolken, charakteristische Geschwindigkeitsmuster und Dissipationsskalen der Turbulenz. Schwellwerte werden z.B. durch die kritischen Dichten für den Gravitationskollaps, die Anregung bestimmter Kühllinien oder chemische Phasenübergänge gegeben. Indem wir die Skaleninformation mit dem Wissen über die Verteilung der Dichten, Säulendichten und Temperaturen verknüpfen, können wir den Gravitationskollaps in Molkülwolkenfilamenten und den Übergang zu einzelnen Kernen verfolgen. Damit können wir auch Parameter wie die Strahlungseindringtiefe, Entweichwahrscheinlichkeiten für Kühllinien und Kopplungskoeffizienten zwischen verschiedenen Komponenten des ISM (neutral und ionisiert, Staub und Gas) errechnen, welche die Zustandsgleichung des interstellaren Mediums bestimmen. Unserer Gruppe steht ein reicher Satz an Beobachtungsdaten zur Verfügung, der aus ausgedehnten Linienkartierungen hoher Auflösung (gewonnen mit den NANTEN2-, APEX-, IRAM-, und MOPRA-Teleskopen) und äquivalenten Kontinuumsdaten (gewonnen mit Spitzer, Herschel, Planck) besteht. Er erlaubt die Struktur des ISM von den subparsec-Skalen einzelner Kerne bis zu den Skalen ganzer Molekülwolkenkomplexe zu untersuchen. Gleichzeitig gab es einen gewaltigen Fortschritt bei der numerischen Modellierung des Multihphasen-, Multiskalen-ISM. Die Modelle können nicht nur den gesamten Dynamikbereich von subparsec-Skalen bis zu ganzen Galaxien abbilden, sondern beginnen auch den detaillierten Strahlungstransport und chemische Netzwerke zu integrieren. Wir kombinieren beide Zugänge, indem wir hochauflösende Multifrequenzbeobachtungen mit den hochauflösenden numerischen Simulationen unserer Gruppe vergleichen. Dabei konzentrieren wir uns auf Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen (PDFs) charakteristischer Parameter und die Detektion herausgehobender Skalen durch Wavelet-Filtertechniken. Mit den PDFs können wir z.B. Schwellen in der Säulendichte bestimmen, an denen sich die turbulente Struktur ändert. Mit Wavelet-Filtertechniken wie der Delta-Varianz und unserer neuentwickelten Kreuzkorrelationsanalyse können wir direkt die räumlichen Skalen von Änderungen der turbulenten Kaskade durch verschiedene physikalischen Mechanismen nachweisen. Hier sind aber weitere Verfeinerungen nötig, um z.B. die Bedeutung von Filamenten im ISM endgültig quantifizieren zu können.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1573: Physics of the Interstellar Medium