Universität zu Köln

Gatto, Andrea (2015). The global impact of stellar winds and supernovae on the interstellar medium. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The interstellar medium is an extremely heterogeneous mixture of gas and dust which fills the space between stars in galaxies. The life-cycle of stars is deeply connected with the presence of this medium. Massive stars form from very high density/low temperature gas and evolve for millions of years. They emit ionising radiation, blow powerful winds from their surface and, at the end of their lifetime, explode as supernovae, thereby heating up and compressing the surrounding material. These stellar feedback processes are fundamental, since they are able to influence the evolution of the interstellar medium at different scales and eventually to promote or deter further star formation events. In this thesis, we investigate the impact of stellar winds and supernovae on the interstellar medium by performing three-dimensional, Adaptive-Mesh-Refinement, hydrodynamic simulations at intermediate (pc-kpc) scales. We study how different assumptions on the position of supernova explosions drive completely different properties of the gas within disc galaxies. Supernovae are placed either at random positions, in density peaks, or both. Explosions located in density peaks do not produce hot gas due to large radiative losses and atomic hydrogen dominates the mass. Random supernovae create a large volume filling hot phase that compresses the gas into small clumps and the majority of the mass is in the form of molecular hydrogen. We then show how the combination of stellar winds and supernovae is able to regulate the otherwise over-efficient star formation process. We model star formation self-consistently via sink particles and we demonstrate how stellar winds are able to reduce the amount of gas converted into stars both at local and global scales. The inclusion of supernovae produce a hot, over-pressurised phase responsible for outflows launching.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Das interstellare Medium ist ein extrem heterogenes Gemisch aus Gas und Staub, das den Raum zwischen den Sternen einer Galaxie ausfüllt. Der Lebenszyklus der Sterne ist stark mit der Struktur und der Entwicklung des interstallaren Mediums verbunden. Massereiche Sterne entstehen aus den dichten und kalten Kondensationen des interstallaren Mediums und beeinflussen dieses in vielerlei Hinsicht: Sie emittieren ionisierende Strahlung, treiben starke stellare Winde von deren Oberfläche und explodieren am Ende ihres Lebens als Supernovae, die das umgebende Gas aufheizen und komprimieren. Diese stellaren Rückkopplungsprozesse sind von fundamentaler Bedeutung, da sie das interstellare Medium auf vielen Größenskalen beeinflussen und die Entstehung neuer Sterne beschleunigen oder verzögern. In der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss von stellaren Winden und Supernovae auf das interstellare Medium auf Skalen von Parsec bis Kiloparsec mit Hilfe von dreidimensionalen, hydrodynamischen Simulationen auf einem adaptiven Gitter untersucht. Dabei wird insbesondere überprüft, wie sich die Position der Supernovae auf die Eigenschaften des umgebenden Gases auswirkt. Die Supernovae werden in den verschiedenen Simulationen entweder in den Regionen größter Dichte oder an zufälligen Stellen platziert. Zudem werden Mischungen aus der ersten und zweiten Verteilungsmethode untersucht. Die Supernovae, die im dichten Gas explodieren, heizen das umgebende Gas aufgrund der starken Strahlungsverluste nicht auf, was zur Folge hat, dass das Medium überwiegend aus atomarem Wasserstoff besteht. Zufällig verteilte Supernovae führen zu großen Volumenanteilen von heißem Gas, das das übrige Medium in kleine, kalte Klumpen komprimiert. Zudem wird gezeigt, wie die Kombination aus stellaren Winden und Supernovae in der Lage ist, den ansonsten zu effizienten Sternentstehungsprozess zu regulieren. Sterngruppen werden selbstkonsistent mit Sinkeilchen modelliert, mit Hilfe derer demonstriert wird wie stellare Winde in der Lage sind, die Kondensation von Gas in Sterne auf lokalen sowie globalen Skalen zu reduzieren. Die Supernovae produzieren heißes Gas mit starkem Überdruck im Vergleich zur Umgebung, das Ausflüsse treibt. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Gatto, Andrea andreag@mpa-garching.mpg.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-65415
Date:	16 November 2015
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute of Physics II
Subjects:	Natural sciences and mathematics Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Astrophysics, Galaxies, Interstellar medium, Supernovae, Stellar Winds, Stellar Feedback English
Date of oral exam:	13 January 2016
Referee:	Name Academic Title Walch, Stefanie Prof. Dr. Stutzki, Jürgen Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6541