De ontwikkeling van sterren in De ontwikkeling van sterren in H II regio’s en starburst stelselsH II regio’s en starburst stelsels

René van der SmeedeRené van der SmeedeVrijdag 13 november 2009Vrijdag 13 november 2009

Doel van deze presentatieDoel van deze presentatie

Het aanreiken van een methode om langs Het aanreiken van een methode om langs systematische weg de aard van de sterren in een H II systematische weg de aard van de sterren in een H II regio of een starburst stelsel, alsmede de regio of een starburst stelsel, alsmede de ontwikkeling daarvan, vast te stellenontwikkeling daarvan, vast te stellen

Bespreking van de resultaten van deze methode Bespreking van de resultaten van deze methode toegepast op een tweetal rolmodellen t.w. NGC 604 toegepast op een tweetal rolmodellen t.w. NGC 604 (H II regio) en NGC 7714 (starburst stelsel)(H II regio) en NGC 7714 (starburst stelsel)

Opbouw van de presentatieOpbouw van de presentatie

H II regio’s en starburst stelselsH II regio’s en starburst stelsels Overeenkomsten en verschillenOvereenkomsten en verschillen De rolmodellen NGC 604 en NGC 7714De rolmodellen NGC 604 en NGC 7714

StralingStraling VerstrooiingVerstrooiing Hindernissen op weg naar de telescoop (extinctie)Hindernissen op weg naar de telescoop (extinctie)

Ontwikkeling van H II regio’s en starburst Ontwikkeling van H II regio’s en starburst stelselsstelsels Nevel emissielijnenNevel emissielijnen Ultraviolet sterrenlijnenUltraviolet sterrenlijnen H Balmer en He I fotosfeerlijnenH Balmer en He I fotosfeerlijnen Spectrale energie distributie (SED) van ultraviolet tot dichtbij-Spectrale energie distributie (SED) van ultraviolet tot dichtbij-

infraroodinfraroodSamenvatting en conclusiesSamenvatting en conclusies

Overeenkomsten tussen H II regio’s en Overeenkomsten tussen H II regio’s en starburst stelselsstarburst stelsels Korte en intensieve stervormingperiodes die in een Korte en intensieve stervormingperiodes die in een

kleine regio plaatsvindenkleine regio plaatsvinden Gevoed door massieve O sterren met hoog Gevoed door massieve O sterren met hoog

energetische fotonemissie (tientallen eV)energetische fotonemissie (tientallen eV) Sterke sterrenwind (2000-3000 km/s)Sterke sterrenwind (2000-3000 km/s) Hoog massaverlies (P-Cygni profiel)Hoog massaverlies (P-Cygni profiel) Overeenkomstig spectrum in UV en zichtbaar lichtOvereenkomstig spectrum in UV en zichtbaar licht

Verschillen H II regio’s en starburst stelselsVerschillen H II regio’s en starburst stelsels

H II regio’sH II regio’s Doorsnede 100 pcDoorsnede 100 pc HHαα luminositeit helderder dan 10 luminositeit helderder dan 1039 39 erg/s erg/s Meer dan 100 jonge massieve sterrenMeer dan 100 jonge massieve sterren L(H II Regio)<L(Sterrenstelsel)L(H II Regio)<L(Sterrenstelsel)

Starburst stelselsStarburst stelsels Doorsnede 100-1000 pcDoorsnede 100-1000 pc HHαα luminositeit helderder dan 10 luminositeit helderder dan 1041 41 erg/s erg/s 1000-en jonge massieve sterren1000-en jonge massieve sterren L(Starburst )=L(Sterrenstelsel)L(Starburst )=L(Sterrenstelsel)

Grote verschillen in het infrarood spectrumGrote verschillen in het infrarood spectrum

NGC 604 en NGC 7714NGC 604 en NGC 7714

NGC 604NGC 604 Afstand 840 KpcAfstand 840 Kpc Doorsnede 1,9 arcminDoorsnede 1,9 arcmin Magnitude 14Magnitude 14

NGC 7714NGC 7714 Afstand 37 MpcAfstand 37 Mpc Doorsnede 1,9 arcminDoorsnede 1,9 arcmin Magnitude 13Magnitude 13

StralingStralingBotsing van geladen deeltjes (Coulomb verstrooiing)Botsing van geladen deeltjes (Coulomb verstrooiing)

Botsing van straling en geladen deeltjes (Compton Botsing van straling en geladen deeltjes (Compton verstrooiing)verstrooiing)

ExtinctieExtinctie

Power Law zegt F(Power Law zegt F(λλ)=cte )=cte λλββ

ββ is empirisch vastgesteld (regressie) op een lineaire is empirisch vastgesteld (regressie) op een lineaire vergelijking in vergelijking in ττ ( (ττ is de Balmer optische diepte en is is de Balmer optische diepte en is gelijk aan ln (Hgelijk aan ln (Hαα/H/Hββ)/2,88)/2,88

ββ ligt tussen de -2,0 en -2,6 ligt tussen de -2,0 en -2,6 Vervolgens correctie van het waargenomen Vervolgens correctie van het waargenomen

spectrumspectrum E(B-V) van 0,1 (NGC 604) en 0,03(NGC 7714)E(B-V) van 0,1 (NGC 604) en 0,03(NGC 7714)

SpectrumSpectrum

Ultraviolet (links) en zichtbaar licht (rechts) van NGC 604 en NGC 7714. Absorptie en emissielijnen en een brede He II emissie op λλ4686Å4686Å

Nevel emissielijnenNevel emissielijnen

Afhankelijk van stralingsveld, elektronen dichtheid , Afhankelijk van stralingsveld, elektronen dichtheid , chemische samenstelling van het gaschemische samenstelling van het gas

Spectraal energieverdeling (SED) op basis van Starburst Spectraal energieverdeling (SED) op basis van Starburst 99 (evolutionary synthesis code)99 (evolutionary synthesis code)

SED input voor CLOUDY (photoionization code)SED input voor CLOUDY (photoionization code) Ionisatieparameter U gebaseerd op de Ionisatieparameter U gebaseerd op de

[SII]6717+6732/H[SII]6717+6732/Hββ ratio ratio Filling factor (Filling factor (фф) uit U) uit Ugemgem =( =(фф22 N NeeQ)Q)⅓ ⅓ ФФ voor NGC 604 is 0,1 en voor NGC 604 is 0,1 en ф ф voor NGC 7714 is 0,01 voor NGC 7714 is 0,01 Strömgren straal van 110 pc (NGC 604) resp. 185 pc Strömgren straal van 110 pc (NGC 604) resp. 185 pc

(NGC 7714) klopt met waarnemingen(NGC 7714) klopt met waarnemingen

Nevel emissielijnen Nevel emissielijnen [OIII] [OIII] λλ5007 / H5007 / Hββ

Twee CLOUDY modeluitkomsten van de verhouding [OIII] [OIII] λλ5007 / 5007 / HHβ β (elektron temperatuur en ionisatie structuur) (elektron temperatuur en ionisatie structuur) voor een burst- en continue-ontwikkeling. De horizontale lijnen zijn de waargenomen waarden.Conclusie: De sterren zijn 3M resp. 4,5M jaar geleden gevormd

Nevel emissielijnen Nevel emissielijnen [OI] / H[OI] / Hββ

Zie vorige grafiek maar nu voor [OI] / H[OI] / HββZelfde conclusie

Ultraviolet lijnen in de sterrenwindUltraviolet lijnen in de sterrenwind

Vergelijking van de waargenomen flux en de modelmatigberekende flux bij een burst van 3M resp. 5M jaargeleden(verschoven)• Goede aansluiting bij vorige schatting• Consistent met de He II lijnen bij λ1640 en λ4686

Ultraviolet lijnen in de sterrenwindUltraviolet lijnen in de sterrenwind

Dominante lijnen N V, Si IV, C IV, He IIC IV: O sterren boven de 30 MΘSi IV en He II: Blauwe superreuzen en sterren met een compacte wind (bijv. Wolf-Rayet)

H Balmer en He I absorptielijnenH Balmer en He I absorptielijnen

Indicators voor B- en A-sterrenIndicators voor B- en A-sterren Echter, samenloop met nevel emissielijnen Echter, samenloop met nevel emissielijnen Maar sterkte emissielijnen neem af bij lagere Maar sterkte emissielijnen neem af bij lagere λλ Daarom gebruik van hogere orde lijnenDaarom gebruik van hogere orde lijnen Resultaat vergelijken met “evolutionary synthesis Resultaat vergelijken met “evolutionary synthesis

models”models” Voor NGC 604 is dit consistent (3M jaar)Voor NGC 604 is dit consistent (3M jaar) Voor NGC 7714 te sterk en breed om alleen 4,5M Voor NGC 7714 te sterk en breed om alleen 4,5M

jaar te voorspellen. Oude groep van 200M jaar jaar te voorspellen. Oude groep van 200M jaar draagt bij aan resultaatdraagt bij aan resultaat

H Balmer en He I absorptielijnenH Balmer en He I absorptielijnen

Genormaliseerd optisch spectrum van het centrum van NGC 604 (1,3x4,6 arcsec) resp. de kern van NGC 7714 vergeleken met een model met een burst van 3M jaar resp. een samengesteld model met een burst van 5M jaar en 200M jaar (stippellijn)

SED van infrarood tot nabij infraroodSED van infrarood tot nabij infrarood

Voor NGC 7714 draagt de burst van 4,5M jaar maar Voor NGC 7714 draagt de burst van 4,5M jaar maar voor 30% bij aan het zichtbare licht en maar voor 5% voor 30% bij aan het zichtbare licht en maar voor 5% aan infraroodaan infrarood

De burst van 200M jaar draagt significant bij aan het De burst van 200M jaar draagt significant bij aan het zichtbare licht maar niet aan het infraroodzichtbare licht maar niet aan het infrarood

Er is een derde populatie van rode superreuzen van Er is een derde populatie van rode superreuzen van 10M jaar nodig om de infrarood emissie te verklaren10M jaar nodig om de infrarood emissie te verklaren

Deze populatie is verborgen want ook na correctie Deze populatie is verborgen want ook na correctie geeft deze maar 10% van het ultraviolet lichtgeeft deze maar 10% van het ultraviolet licht

Voor NGC 604 is er geen tweede of derde populatieVoor NGC 604 is er geen tweede of derde populatie

SED van infrarood tot nabij infraroodSED van infrarood tot nabij infrarood

NGC 604 vergeleken met een model van een burst van 3M jaar

SED van infrarood tot nabij infraroodSED van infrarood tot nabij infrarood

NGC 7714 vergeleken met een samengesteld model van burst van 3M , 10M en 200M jaar

Samenvatting en conclusiesSamenvatting en conclusies

H II regio’s en starburst stelsels zijn objecten waarbij de totale H II regio’s en starburst stelsels zijn objecten waarbij de totale energie wordt gedomineerd door de stellaire inhoudenergie wordt gedomineerd door de stellaire inhoud

De stellaire inhoud is verantwoordelijk voor het spectrum in UV De stellaire inhoud is verantwoordelijk voor het spectrum in UV en zichtbaar lichten zichtbaar licht

In UV domineren de absorptielijnen gevormd in de sterrenwindIn UV domineren de absorptielijnen gevormd in de sterrenwind In zichtbaar licht domineren de in het gas gevormde nevel In zichtbaar licht domineren de in het gas gevormde nevel

emissielijnenemissielijnen Op de Balmersprong vallen absorptie en emissielijnen samenOp de Balmersprong vallen absorptie en emissielijnen samen Om de stellaire inhoud en ontwikkeling vast te kunnen stellen is Om de stellaire inhoud en ontwikkeling vast te kunnen stellen is

een multi golflengteanalyse nodigeen multi golflengteanalyse nodig NGC 604 (H II) heeft een jonge sterrenpopulatieNGC 604 (H II) heeft een jonge sterrenpopulatie NGC 7714 (starburst stelsel) heeft naast de jonge populatie nog NGC 7714 (starburst stelsel) heeft naast de jonge populatie nog

een tweetal andere populaties van 10M jaar en 200M jaar oudeen tweetal andere populaties van 10M jaar en 200M jaar oud Het lijkt erop dat stervorming in starburst stelsels in golven gaatHet lijkt erop dat stervorming in starburst stelsels in golven gaat

BronnenBronnen

The stellar population and the evolutionary state of HII regions andstarburst galaxies door Rosa M. Gonzalez Delgado(New Astronomy Reviews 44 (2000) 221–228)

The Massive Stellar Content in Starburst Galaxies and itsImpact on Galaxy Evolution door Rosa M. Gonzalez Delgado(ASP Conference Series, Vol. 3 × 108, 1999)

Starburst 99(http://www.stsci.edu/science/starburst99/)

Cloudy(http://wiki.nublado.org/wiki)

NASA/IPAC Extragalactic Database (NED) (http://nedwww.ipac.caltech.edu/)