Der Einfluss von turbulenten Strömungen auf die Photodissoziation von CO in interstellaren Wolken

Seit 1988 ist bekannt, dass die Photodissoziation von CO­Molekülen durch Linienabsorption von UV­Photonen stattfindet. Wie jede Linienabsorption ist damit auch die Photodissoziation von CO abhängig von Geschwindigkeitsfe
Seit 1988 ist bekannt, dass die Photodissoziation von CO­Molekülen durch Linienabsorption von UV­Photonen stattfindet. Wie jede Linienabsorption ist damit auch die Photodissoziation von CO abhängig von Geschwindigkeitsfeldern innerhalb des absorbierenden Mediums. Doppler­Verschiebung kann die Absorption in einen Frequenzbereich verschieben, in dem sich die lokale Intensität von der Intensität in der Linienmitte wesentlich unterscheidet. Jede Untersuchung, die sich mit der Bildung und Vernichtung von CO­Molekülen am Rand interstellarer Wolken beschäftigt, muss diese turbulenten Geschwindigkeitsfelder berücksichtigen. Da die Existenz von turbulenten Strömungen in interstellaren Molekülwolken unbestritten ist, wird in Untersuchungen üblicherweise der Dopplerparameter der Gaußschen­ Profilfunktion um eine Turbulenzgeschwindigkeit erweitert. Diese mikroturbulente Näherung ist die simpelste Möglichkeit zur Berücksichtigung von Turbulenz. In vorangegangenen Arbeiten (Albrecht, M.A., Kegel, W.H. (1987)), (Kegel, W.H., Piehler, G., Albrecht, M.A. (1993)), (Piehler, G., Kegel, W.H. (1995)) ist gezeigt worden, dass die Berücksichtigung eines turbulenten Geschwindigkeitsfeldes mit endlicher Korrelationslänge (Mesoturbulenz) jedoch wesentlich dazu beitragen kann, realistischere Linienprofile zu erhalten. Während in den letzten Jahren einiger Aufwand betrieben wurde, die Berechnung der chemischen und thermischen Struktur einer Molekülwolke zu verfeinern, ist der Modellierung des zugrundegelegten Strahlungstransports weniger Aufmerksamkeit gewidmet worden. Die Ergebnisse unserer Rechnungen zeigen, dass die Berück­ sichtigung eines mesoturbulenten Strahlungstransports den Verlauf der CO­Häufigkeit entlang des Sehstrahls wesentlich beeinflussen kann. Zusammengefasst haben wir folgende Ergebnisse erhalten: - Rechnungen mit einem Einzellinien­Modell zeigen den großen Einfluss von Korrelationslänge und Turbulenzgeschwindigkeit auf den Verlauf der Photodissoziationsrate und damit auch auf die resultierende CO­Häufigkeit. - Bei Mesoturbulenz werden die absorptionsrelevanten Linien schneller optisch dick als bei reiner Mikroturbulenz. Dadurch kann sich eine stabile Zone großer CO­Dichte in Tiefen bilden, von denen bisher angenommen wurde, sie würden eine zu große UV­Intensität aufweisen. - Rechnungen, die das volle UV­Spektrum berücksichtigen, zeigen eine geringere Sensitivität der CO­Häufigkeit gegenüber Variationen der Turbulenzparameter als solche mit nur einer Linie. Trotzdem haben Korrelationslänge und Turbulenzgeschwindigkeit starken Einfluss auf die Tiefe, ab der eine stabile CO­Häufigkeit erreicht wird. - Im Vergleich zu Rechnungen mit einer parametrisierten Photodissoziationswahrscheinlichkeit fällt im mesoturbulenten Fall z CO wesentlich schneller ab. Das bedeutet, dass in größeren Tiefen der Wolke die Werte für z CO um einige Größenordnungen voneinander abweichen können. Für Größe und Isotopenverhältnis des Wolkenmodells kann das zu einer signifikanten Überschätzung der wahren Werte führen. - Das zugrundegelegte Modell der chemischen Reaktionen weist eine hohe Stabilität gegenüber Veränderungen der Turbulenzparameter auf. Auch wenn die CO­Häufigkeit davon relativ stark betroffen ist, wirken sich diese Veränderungen nur sehr langsam auf die chemische Gesamtstruktur der Wolke aus. - Die Anwendung unserer Ergebnisse auf Beobachtungen von NGC 2024 zeigen, dass sich die Werte, die man für Dichte und Größe der Region aus den Modellen ermittelt, stark von dem zugrundegelegten Strahlungstransportmodell abhängen. Folgerungen, die aufgrund einer zu einfachen Modellierung gemacht werden, sind somit mit einiger Vorsicht zu betrachten. Es zeigt sich, dass der numerische Aufwand, stochastische Strahlungstransportmodelle zu rechnen, durchaus gerechtfertigt ist. Möchte man die Bildung von CO­ Molekülen am Rand einer interstellaren Molekülwolke genauer verstehen, muss eine endliche Korrelationslänge berücksichtigt werden. Es macht wenig Sinn, immer detailliertere chemische Modelle zu entwickeln und die wichtigen Effekte mesoturbulenten Strahlungstransports zu vernachlässigen.
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Metadaten
Author:Markus Röllig
URN:urn:nbn:de:hebis:30-0000000480
Referee:W. H. Kegel
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2003/05/09
Year of first Publication:2001
Publishing Institution:Univ.-Bibliothek Frankfurt am Main
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Univ.
Date of final exam:2002/01/17
Release Date:2003/05/09
SWD-Keyword:Interstellare Wolke ; Kohlenmonoxid ; Photodissoziation ; Turbulente Strömung
HeBIS PPN:103348018
Institutes:Physik
Dewey Decimal Classification:530 Physik
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License Logo Veröffentlichungsvertrag für Publikationen

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