La forma tridimensional de los frentes de ionización

Transcripción

1 La forma tridimensional de los frentes de ionización William Henney Centro de Radioastronomía y Astrofísica Universidad Nacional Autónoma de México Campus Morelia Taller de Formación Estelar, febrero 2005

2 Contenido Introducción Regiones H II y la formación estelar El problema inverso Las suposiciones El algoritmo Los resultados La realidad Los filamentos oscuros en Orión Conclusiones

6 Introducción Regiones H II y la formación estelar Las regiones H II alimentan la formación estelar M16 NICMOS: continuo IR H 2 Hα La fotoevaporación de las nubes moleculares las comprima Este puede inducir la fragmentación y el colapso para formar nuevas estrellas

7 Introducción Regiones H II y la formación estelar Las regiones H II alimentan la formación estelar M16 NICMOS: continuo IR H 2 Hα La fotoevaporación de las nubes moleculares las comprima Este puede inducir la fragmentación y el colapso para formar nuevas estrellas

8 Introducción Regiones H II y la formación estelar Las regiones H II limitan la formación estelar La expansión de la región fotoionizada evacua todo el gas denso alrededor de la estrella masiva La fotoevaporación de discos puede parar la acreción y limitar la formación de planetas Proplyds en Orión: [N II] Hα [O III]

9 Introducción Regiones H II y la formación estelar Las regiones H II limitan la formación estelar La expansión de la región fotoionizada evacua todo el gas denso alrededor de la estrella masiva La fotoevaporación de discos puede parar la acreción y limitar la formación de planetas Proplyds en Orión: [N II] Hα [O III]

10 Introducción Regiones H II y la formación estelar La geometría tridimensional Es importante encontrar la forma tridimensional de las regiónes H II para entender su relación con el gas molecular En este plática, presentaré un método para reconstruir la forma del frente de ionización a partir de mapas de la medida de emisión (EM) La EM se puede encontrar en base de mapas de radiocontinuo, lo cual permitirá una aplicación muy amplia del método... aunque por el momento concentro sobre Orión (como siempre)

14 El problema inverso El problema Queremos ir de la imagen..... a la superficie lo cual es un problema inverso

15 El problema inverso La problemática de los problemas inversos Los problemas inversos son mal planteados Es decir, no cumplen con las condiciones para un problema buen planteado: 1 Que existe una solución 2 Que la solución sea única 3 Que la solución sea estable (variaciones pequeñas en los datos dan variaciones pequeñas en la solución) Para nosotros, es la condición 2 que nos preocupa

16 El problema inverso La problemática de los problemas inversos Los problemas inversos son mal planteados Es decir, no cumplen con las condiciones para un problema buen planteado: 1 Que existe una solución 2 Que la solución sea única 3 Que la solución sea estable (variaciones pequeñas en los datos dan variaciones pequeñas en la solución) Para nosotros, es la condición 2 que nos preocupa

17 Las suposiciones Qué hacer? La regularización del problema Hay que introducir suposiciones adicionales que nos permite encontrar una solución única: que la capa emisora sea delgada que la forma del frente sea continuo que no haya pliegues en el frente ni frentes múltiples desconectados

21 Las suposiciones Otras suposiciones Además se supone que haya equilibrio de ionización estático el gas ionizado sea isotérmico el frente sea una discontinuidad el campo difuso sea on-the-spot la opacidad de polvo sea despreciable Balance de ionización: Brillo superficial: Q H 4πR 2 = α B S = α ef 4π n 2 dz n 2 dr Símbolos Q H α B n luminosidad ionizante coeficiente de recombinación densidad ionizada α ef coeficiente de emisión

22 Las suposiciones Otras suposiciones Además se supone que haya equilibrio de ionización estático el gas ionizado sea isotérmico el frente sea una discontinuidad el campo difuso sea on-the-spot la opacidad de polvo sea despreciable Balance de ionización: Brillo superficial: Q H 4πR 2 = α B S = α ef 4π n 2 dz n 2 dr Símbolos Q H α B n luminosidad ionizante coeficiente de recombinación densidad ionizada α ef coeficiente de emisión

23 El algoritmo La geometría de la situación El brillo observado es ents z 0 z r R ẑ ˆR θ ψ ˆn frente de ionización S(r,φ) = Q H α ef ˆn ˆR 4πr 2 4πα B ˆn ẑ donde ˆn ˆR ˆn ẑ = 1 r ( z r z ) r estrella ionizante al observador Solución z(r,φ) = r cotθ cosθ = 1 1 z0 2S 0 S(r,φ)r dr

24 El algoritmo La geometría de la situación El brillo observado es ents z 0 z r R ẑ ˆR θ ψ ˆn frente de ionización S(r,φ) = Q H α ef ˆn ˆR 4πr 2 4πα B ˆn ẑ donde ˆn ˆR ˆn ẑ = 1 r ( z r z ) r estrella ionizante al observador Solución z(r,φ) = r cotθ cosθ = 1 1 z0 2S 0 S(r,φ)r dr

25 Los resultados La forma tridimensional de Orión Vista del sureste Vista del oeste A escalas grandes la forma es ligeramente concava Hacía el oeste es un cilindro convexo Otras estructuras convexas incluyen la barra brillante

28 Los resultados La curvatura del frente La curvatura radial se define como K = z rr /(1 + z 2 r ) 1/2 K > 0 es convexa (blanco en la imagen) K < 0 es concava (negro en la imagen) Su importancia es que se puede usar para predecir el espesor de la capa emisora y, por lo tanto, su densidad

31 Los resultados La densidad electrónica Profundidad óptica libre-libre Emisión de Hα

32 Los resultados La densidad electrónica Densidad predicha Densidad observada

33 Frentes de ionizacio n 3D La realidad Los filamentos oscuros en Orio n Hay filamentos neutros dentro de la regio n H II

34 La realidad Los filamentos oscuros en Orión Hay filamentos neutros dentro de la región H II

35 Frentes de ionizacio n 3D La realidad Los filamentos oscuros en Orio n Hay filamentos neutros dentro de la regio n H II El filamento brillante echa una sombra de ionizacio n sobre la nube molecular

36 Conclusiones Conclusiones He presentado un algoritmo para determinar la forma tridimensional de un frente de ionización en base de un mapa de radiocontinuo A partir de la forma determinada, se puede predecir la densidad electrónica, lo cual permite una verificación independiente de la solución si observaciones de la densidad existe La debilidad principal del método es la suposición de una topología sencilla para el frente. Hay casos en donde esta suposición no es válida.