High-Mass Star Formation

  • Team

  • Dr. Álvaro Sánchez-Monge
    (PI, Ph1)
  • Dr. Friedrich Wyrowski
    (PI, MPIfR )
  • Dr. Frantisek Dinnbier (Ph1)
  • Dr. Rebekka Grellmann (Ph1)
  • Dr. Min-Young Lee (MPIfR)
  • Prof. Dr. Karl Menten (MPIfR)
  • Prof. Dr. Peter Schilke (Ph1)
  • Dr. Robert Simon (Ph1)
  • Prof. Dr Stefanie Walch (Ph1)
  • Atefeh Aghababaei (Ph1)
  • Carsten König (MPIfR)
  • Yuxin Lin (MPIfR)
  • Parichay Mazumdar (MPIfR)
  • Fanyi Meng (Ph1)
  • Mahya Sadaghiani (Ph1)

Überblick

„Zu erforschen, wie Sterne mit sehr großen Massen entstehen, ist nicht so einfach, weil es nur sehr wenige davon gibt.“

Massereiche Sterne, das heißt Sterne, die mehr als etwa sechsmal so viel Masse besitzen wie unsere Sonne, führen ein kurzes und heftiges Leben. Masseausflüsse und Winde dieser Sterne senden Schockwellen in das umgebende Medium (C2) und die intensive, von den Sternen ausgesandte ultraviolette Strahlung ionisiert das Gas in ihrer Umgebung (C1). Wenn massereiche Sterne ihr Leben in gewaltigen Supernovaexplosionen beenden, reichern sie das interstellare Medium mit schweren, „erbrüteten“ Elementen an und erzeugen große Mengen extrem heißen Gases. Das Verständnis der Entstehung massereicher Sterne ist daher in einer Vielzahl von Kontexten relevant, sei es lokal in Bezug auf ihre nächste Umgebung oder global in ihrem Einfluss auf die Eigenschaften ihrer Muttergalaxie.

Das Studium der Entstehung massereicher Sterne wird allerdings dadurch erschwert, dass es nur relativ wenige massereiche Sterne gibt. Dabei erwies es sich zunächst als schwierig, Geburtsstätten massereicher Sterne zu entdecken, ohne durch die angewandten Suchkriterien bereits einen Einfluss auf die Suchergebnisse auszuüben. Sofern man nach Regionen sucht, die durch die ultraviolette Strahlung der jungen Sterne ionisiert und aufgeheizt wurden, findet man lediglich massereiche Sterne, die bereits so alt sind, dass sie genügend Energie für die Erwärmung ihrer Umgebung produzieren. Die Suche nach sogenannten infraroten Dunkelwolken, die Hintergrundstrahlung im mittleren Infrarotbereich absorbieren und als Kandidaten für frühe Stadien massereicher Sternentstehung erscheinen, ist durch die störende Wirkung von Vordergrundstrahlung wiederum auf nahe Objekte beschränkt.

Eine systematische, unvoreingenommene Suche nach jungen, massereichen Sternen kann aber durchgeführt werden, indem man infrarote Dunkelwolken im Bereich von Millimeter- und Submillimeter-Wellenlängen sucht. Dieser Wellenlängenbereich entspricht so geringen Energien, dass selbst diese kalten Objekte Strahlung emittieren. Projekt A6 baut auf einer solchen unvoreingenommenen Durchmusterung der Galaktischen Ebene auf, mit der alle Geburtsstätten massereicher Sterne in unserer Galaxie gefunden werden können. Im Rahmen der ATLASGAL Durchmusterung, durchgeführt am Chilenischen, vom MPIfR initiierten APEX Teleskop, wurden so bereits mehr als 6000 Quellen entdeckt. Die große Zahl entdeckter Quellen ermöglicht es zum ersten Mal, auf der Grundlage einer statistisch aussagekräftigen Stichprobe die physikalischen Bedingungen und den evolutionären Status früher Stadien massereicher Sterne zu untersuchen. „Wir haben einen neuen Katalog erstellt mit vielen tausend neuen Sternentstehungsregionen und haben analysiert, in welchen Entwicklungsphasen sich diese Regionen befinden. Ein anderer Teil unseres Projektes beschäftigt sich damit, daraufhin einige wenige dieser Objekte im Detail zu beobachten und deren physikalische und chemische Eigenschaften zu analysieren“, fasst Friedrich Wyrowski das Vorgehen innerhalb des Projektes zusammen.

Die Detailstudien beruhen auf Beobachtungen von Spektrallinien, deren Modellierung die chemische (C3) und physische Struktur der beobachteten Regionen liefert. Insbesondere spektrale Beobachtungen des Herschel Weltraumteleskops konnten so bereits viele neue Erkenntnisse liefern. Dabei interessiert nicht nur die zeitliche Entwicklung junger massereicher Sterne von der frühesten Phase bis zu späteren Entwicklungsstufen, in denen der junge Stern bereits seine Umgebung aufgeheizt hat. Gleichzeitig liefert das Studium von Regionen sehr aktiver Sternentstehung, wie z.B. im Zentrum unserer Milchstraße (A5), Anhaltspunkte für das Verständnis anderer Galaxien, die durch ihre hohe Sternentstehungsrate dominiert werden, sogenannte Starburst-Galaxien (A1). Gemäß Wyrowski werden zukünftige Beobachtungen helfen, das Wissen über die Bedingungen und Auswirkungen der Entstehung massereicher Sterne weiter auszubauen: „Vor allem darüber, was sich auf den kleinsten Skalen in diesen Regionen abspielt, wird das Interferometer in Chile, ALMA, viele neue Aufschlüsse liefern können. Das, was wir im Moment mit den großen Durchmusterungen der Milchstraße herausfinden, ist: wo sind die Wolken, in denen Sternentstehung abläuft. Als nächstes wollen wir genau sezieren, wie die Sterne im innersten Teil der Wolke entstehen.“

Ausgewählte Publikationen


 

In 2018

  • Pols, S., Schwoerer, A., Schilke, P., et al., The physical and chemical structure of Sagittarius B2. III. Radiative transfer simulations of the hot core SgrB2(M) for methyl cyanide. A&A, arXiv:1802.09231 (A6 participation: Pols, Schwoerer, Schilke, Schmiedeke, Sanchez-Monge).
  • Sanchez-Monge, A., Schilke, P., Ginsburg, A., et al., STATCONT: A statistical continuum level determination method for line-rich sources. A&A, 2018, 609, A101 (A6 participation: Sanchez-Monge, Schilke, Schmiedeke).
  • Urquhart, J.S., Koenig, C., Giannetti, A., et al., ATLASGAL - properties of a complete sample of Galactic clumps. MNRAS, 2018, 473, 1059 (A6 participation: Urquhart, Koenig, Giannetti, Menten, Wyrowski).
  • Ginsburg, A., Bally, J. Barnes, A., et al., Distributed star formation throughout the galactic center cloud SgrB2. ApJ, 2018, 853, 171 (A6 participation: Meng, Sanchez-Monge, Schilke, Schmiedeke).

In 2017

  • Sanchez-Monge, A., Schilke, P., Schmiedeke, A., et al., The physical and chemical structure of Sagittarius B2. II. Continuum millimeter emission of SgrB2(M) and SgrB2(N) with ALMA. A&A, 2017, 604, A6 (A6 participation: Sanchez-Monge, Schilke, Schmiedeke, Comito).
  • Giannetti, A., Leurini, S., Koenig, C., et al., Galactocentric variation of the gas-to-dust ratio and its relation with metallicity. A&A, 2017, 606, L12 (A6 participation: Giannetti, Koenig, Urquhart, Wyrowski, Menten).
  • Giannetti, A., Leurini, S., Wyrowski, F., et al., ATLASGAL-selected massive clumps in the inner Galaxy. V. Temperature structure and evolution. A&A, 2017, 603, A33 (A6 participation: Gianneti, Wyrowski, Urquhart, Menten, Koenig). 
  • Koenig, C., Urquhart, J.S., Csengeri, T., et al., ATLASGAL-selected massive clumps in the inner Galaxy. III. Dust continuum characterization of an evolutionary sample. A&A, 2017, 599, A139 (A6 participation: Koenig, Urquhart, Wyrowski, Giannetti, Menten).

In 2016

  • Schmiedeke, A., Schilke, P., Moeller, T., et al., The physical and chemical structure of Sagittarius B2. I. Three-dimensional thermal dust and free-free continuum modeling on 100 au to 45 pc scales. A&A, 2016, 588, A143 (A6 participation: Schmiedeke, Schilke, Sanchez-Monge, Comito).
  • Csengery, T., Weiss, A., Wyrowski, F., et al., The ATLASGAL survey: distribution of cold dust in the Galactic plane. Combination with Plank data. A&A, 2016, 585, A104 (A6 participation: Wyrowski, Menten, Urquhart).

In 2014

  • Csengeri, T., Urquhart, J.S., Schuller, F., et al., The ATLASGAL survey: a catalog of dust condensation in the Galactic plane. A&A, 2014, 565, 75 (A6 participation: Urquhart, Wyrowski, Menten).
  • Schilke, P., Neufeld, D.A., Mueller, H.S.P., et al., Ubiquitous argonium (ArH+) in the diffuse interstellar medium: A molecular tracer of almost purely atomic gas. A&A, 2014, 566, 29 (A6 participation: Schilke, Comito, Menten, Sanchez-Monge).

In 2013

  • Bisschop, S.E., Schilke, P., Wyrowski, F., et al., Dimethyl ether in its ground state, v=0, and lowest two torsionally excited states, v11=1 and v15=1, in the high-mass star-forming region G327.3-0.6. A&A, 2013, 552, 122 (A6 participation: Schilke, Wyrowski, Belloche, Menten).
  • Contreras, Y., Schuller, F., Urquhart, J.S., et al., ATLASGAL – compact source catalogue: 330o < l< 21o. A&A, 2013, 549, 45 (A6 participation: Urquhart, Wyrowski, Schilke).
  • Urquhart, J.S., Moore, T.J.T., Schuller, F., et al., ATLASGAL – environments of 6.7 GHz methanol masers. 2013, MNRAS, 431, 1752 (A6 participation: Urquhart, Wyrowski, Menten).
  • Urquhart, J.S., Thompson, M.A., Moore, T.J.T., et al., ATLASGAL – properties of compact HII regions and their natal clumps. MNRAS, 2013, 435, 400 (A6 participation: Urquhart, Wyrowski, Menten).
  • Zernickel, A., Schilke, P., Smith, R.J., The global velocity field of the filament in NGC 6334. A&A, 2013, 554, L2 (A6 participation: Zernickel, Schilke).

In 2012

  • Wienen, M. Wyrowski, F., Schuller F., et al., Ammonia from cold high-mass clumps discovered in the inner Galactic disk by the ATLASGAL survey. A&A, 2012, 544, 146 (A6 participation: Wienen, Wyrowski, Menten).
  • Zernickel, A., Schilke, P., Schmiedeke, A., et al., Molecular line survey of the high-mass star- forming region NGC 6334I with Herschel/HIFI and the Submillimeter Array. A&A, 2012, 546, 87 (A6 participation: Zernickel, Schilke, Schmiedke, Comito).

In 2011

  • Qin, S.-L., Schilke, P., Rolffs, R., et al., Submillimeter continuum observations of Sagittarius B2 at subarcsecond spatial resolution. A&A, 2011, 530, L9 (A6 participation: Qin, Schilke, Comito).