Sternentstehung und Rückkopplung in Galaxien

Galaxien wandeln kaltes Gas in Sterne um, wobei die Rate durch ihren Gasgehalt bestimmt wird, und die von diesen Sternen zurückgegebene Energie reguliert und stoppt manchmal die weitere Sternentstehung.

Definition

Sternentstehung in Galaxien ist die Umwandlung von kaltem interstellarem Gas in Sterne, während Rückkopplung die Rückgabe von Energie, Impuls und angereichertem Material von Sternen und akkretierenden Schwarzen Löchern an das umgebende Gas ist, was zusammen bestimmt, wie schnell und wie lange eine Galaxie Sterne bildet.

Scope

Dieses Thema behandelt das empirische Sternentstehungsgesetz, das die Gasdichte mit der Sternentstehungsrate in Beziehung setzt, die Ineffizienz der Umwandlung von Gas in Sterne, die Energie und den Impuls, die von massereichen Sternen und Supernovae injiziert werden, die Rolle aktiver galaktischer Kerne bei der Rückkopplung und wie die Rückkopplung die Massen und den Gasgehalt von Galaxien prägt.

Core questions

• Welche Beziehung verbindet den Gasgehalt einer Galaxie mit ihrer Sternentstehungsrate?
• Warum ist die Sternentstehung auf galaktischen Skalen so ineffizient?
• Wie speisen Supernovae und massereiche Sterne Energie in das interstellare Medium zurück?
• Wie reguliert die Rückkopplung das Wachstum und die Quenchung von Galaxien?

Key theories

Das Kennicutt-Schmidt-Gesetz

Die Sternentstehungsrate pro Flächeneinheit einer Galaxie skaliert als Potenz ihrer Gasflächendichte, eine empirische Beziehung, die zusammenfasst, wie Gas in Galaxien in Sterne umgewandelt wird.

Stellare Rückkopplung

Strahlung, Winde und Supernova-Explosionen von massereichen Sternen heizen Gas auf und zerstreuen es, wodurch die Effizienz der Sternentstehung begrenzt und galaktische Ausflüsse angetrieben werden.

Rückkopplungsreguliertes Galaxienwachstum

Kombinierte stellare und Schwarzes-Loch-Rückkopplung ist erforderlich, damit Modelle die beobachtete Galaxienmassenfunktion reproduzieren können, wodurch verhindert wird, dass zu viele Sterne sowohl in kleinen als auch in massereichen Galaxien entstehen.

Clinical relevance

Sternentstehung und Rückkopplung bestimmen die sichtbaren Eigenschaften von Galaxien, die chemische Anreicherung ihres Gases und die Massen, bei denen Galaxien aufhören zu wachsen; die korrekte Erfassung der Rückkopplung ist die zentrale Herausforderung bei der Simulation realistischer Galaxien.

History

Schmidts Vorschlag eines Gesetzes, das die Gasdichte mit der Sternentstehung verbindet, wurde Mitte des 20. Jahrhunderts von Kennicutt 1998 auf eine solide Beobachtungsgrundlage gestellt. Mit der Weiterentwicklung der Simulationen wurde die Erkenntnis, dass die Rückkopplung von Supernovae und aktiven galaktischen Kernen für die Reproduktion realer Galaxien unerlässlich ist, zu einem prägenden Thema des Fachgebiets.

Key figures

• Robert Kennicutt
• Maarten Schmidt
• Thorsten Naab
• Jeremiah Ostriker

Seminal works

• kennicutt1998
• kennicutt2012
• naab2017

Frequently asked questions

Warum wandeln Galaxien nicht ihr gesamtes Gas in Sterne um?

Die Sternentstehung ist selbstlimitierend. Die Energie und der Impuls von jungen massereichen Sternen und Supernovae heizen das umgebende Gas auf und blasen es weg, sodass nur ein kleiner Bruchteil des Gases einer Galaxie pro Umlaufzeit in Sterne umgewandelt wird.

Was ist Rückkopplung bei der Galaxienentstehung?

Rückkopplung ist die Rückgabe von Energie und Material von Sternen und akkretierenden Schwarzen Löchern an das umgebende Gas. Sie reguliert die Sternentstehung, treibt Ausflüsse an und ist wesentlich, um zu erklären, warum Galaxien nicht weitaus massereicher sind als beobachtet.