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Benutzer:Philipp433/Photoevaporation

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Photoevaporation beschreibt einen Prozess, bei dem energiereiche Strahlung Gas ionisiert und es von der Ionisationsquelle entfernt. Dies tritt vor allem auf, wenn ultraviolette Strahlung von heißen Sternen mit Molekülwolken, Protoplanetaren Scheiben oder Atmosphären von Planeten interagiert.[1][2][3]

Molekülwolken

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Die Säulen der Schöpfung sind ein Beispiel für die Photoevaporation (Falschfarbendarstellung)

Eine der offensichtlichsten Erscheinungsformen der Photoevaporation sind erodierende Strukturen bei Molekülwolken, in denen neue Sterne geboren werden.[4]

Verdampfende Gaspartikel

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Verdampfende Gaspartikel auch EGGs (englisch: evaporating gaseous globules) wurden erstmals im Adlernebel entdeckt. Diese kleinen Partikel werden von Sternen aus dem nahegelegenen Sternenhaufen evaporiert. EGGs sind Orte, bei denen eine Sternentwicklung stattfindet.[5]

Atmosphären

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Ein Planet kann seiner Atmosphäre aufgrund von hochenergetischen Photonen oder anderer elektromagnetischer Strahlung beraubt werden. Wenn ein Photon mit einem atmosphärischen Molekül interagiert, wird dieses beschleunigt und seine Temperatur steigt an. Wird dabei genügend Energie bereitgestellt, kann das Molekül oder Atom die Fluchtgeschwindigkeit erreichen und verdampft in den Weltraum. Je niedriger die Massenzahl des Gases ist, desto höher ist die Geschwindigkeit, die durch die Wechselwirkung mit einem Photon erreicht wird. Demnach neigt Wasserstoff am stärksten zur Photoevaporation. Das Phänomen der Photoevaporation ist eine Ursache für die sogenannte Fulton-Lücke.[6]

Bekannte Beispiele für evaporierende Atmosphären bei Exoplaneten sind HD 209458 b und HD 189733 b. Ein weiteres Beispiel ist der mögliche Exoplanet um den Weißen Zwerg WD J0914+1914. Dieser sorgt für eine Scheibe aus Gas, die den Stern umgibt.

Protoplanetare Scheiben

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Photoevaporation bei einer protoplanetaren Scheibe durch die Nähe zu einem O-Klasse Stern.

Protoplanetare Scheiben können aufgrund des Sternwindes zerstreut und durch einfallende elektromagnetische Strahlung erwärmt werden. Die Strahlung interagiert mit der Materie und beschleunigt diese nach außen. Der Effekt wird nur sichtbar, wenn die Strahlung stark genug ist, beispielsweise, wenn sie von Sternen der Klasse O, B oder von einem Protostern kommt, der gerade mit der Fusion beginnt.

Die Scheibe besteht aus Gas und Staub. Das Gas, welches hauptsächlich leichte Elemente, wie Wasserstoff und Helium beinhaltet, ist am meisten von diesem Effekt betroffen, wodurch das Verhältnis zwischen Staub und Gas zunimmt.

Radiation from the central star excites particles in the accretion disk. The irradiation of the disk gives rise to a stability length scale known as the gravitational radius ( ). Outside of the gravitational radius, particles can become sufficiently excited to escape the gravity of the disk, and evaporate. After 106 – 107 years, the viscous accretion rates fall below the photoevaporation rates at  . A gap then opens around  , the inner disk drains onto the central star, or spreads to   and evaporates. An inner hole extending to   is produced. Once an inner hole forms, the outer disk is very rapidly cleared.

The formula for the gravitational radius of the disk is[7]

 

where   is the ratio of specific heats (= 5/3 for a monatomic gas),   the universal gravitational constant,   the mass of the central star,   the mass of the Sun,   the mean weight of the gas,   Boltzmann-Konstante,   is the temperature of the gas and AU the Astronomical Unit.

Because of this effect, the presence of massive stars in a star-forming region is thought to have a great effect on planet formation from the disk around a young stellar object, though it is not yet clear if this effect decelerates or accelerates it.

Regions containing protoplanetary disks with clear signs of external photoevaporation

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Der Orionnebel (M42), eines der bekanntesten Beispiele für Photoevaporation

The most famous region containing photoevaporated protoplanetary disks is the Orion Nebula. They were called bright proplyds and since then the term was used for other regions to describe photoevaporation of protoplanetary disks. They were discovered with the Hubble Space Telescope.[8] There might even be a planetary-mass object in the Orion Nebula that is being photoevaporated by θ 1 Ori C.[9] Since then HST did observe other young star clusters and found bright proplyds in the Lagoon Nebula,[10] the Trifid Nebula,[11] Pismis 24[12] and NGC 1977.[13] After the launch of the Spitzer Space Telescope additional observations revealed dusty cometary tails around young cluster members in NGC 2244, IC 1396 and NGC 2264. These dusty tails are also explained by photoevaporation of the proto-planetary disk.[14] Later similar cometary tails were found with Spitzer in W5. This study concluded that the tails have a likely lifetime of 5 Myrs or less.[15] Additional tails were found with Spitzer in NGC 1977,[13] NGC 6193[16] and Collinder 69.[17] Other bright proplyd candidates were found in the Carina Nebula with the CTIO 4m and near Sagittarius A* with the VLA.[18][19] Follow-up observations of a proplyd candidate in the Carina Nebula with Hubble revealed that it is likely an evaporating gaseous globule.[20]

Objects in NGC 3603 and later in Cygnus OB2 were proposed as intermediate massive versions of the bright proplyds found in the Orion Nebula.[21][22]

References

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[[Category:Astrophysics]]

  1. ↑ G. Mellema, A. C. Raga, J. Canto, P. Lundqvist, B. Balick, W. Steffen, A. Noriega-Crespo: Photo-evaporation of clumps in planetary nebulae. In: Astronomy and Astrophysics. 331. Jahrgang, 1998, S. 335, arxiv:astro-ph/9710205, bibcode:1998A&A...331..335M.
  2. ↑ James E. Owen, Barbara Ercolano, Cathie J. Clarke: Protoplanetary disc evolution and dispersal: The implications of X-ray photoevaporation. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 412. Jahrgang, Nr. 1, 2011, S. 13–25, doi:10.1111/j.1365-2966.2010.17818.x, arxiv:1010.0826, bibcode:2011MNRAS.412...13O.
  3. ↑ Yanqin Wu, Yoram Lithwick: Density and Eccentricity of Kepler Planets. In: The Astrophysical Journal. 772. Jahrgang, Nr. 1, 2013, S. 74, doi:10.1088/0004-637X/772/1/74, arxiv:1210.7810, bibcode:2013ApJ...772...74W.
  4. ↑ J. J. Hester, P. A. Scowen, R. Sankrit, T. R. Lauer, E. A. Ajhar, W. A. Baum, A. Code, D. G. Currie, G. E. Danielson, S. P. Ewald, S. M. Faber, C. J. Grillmair, E. J. Groth, J. A. Holtzman, D. A. Hunter, J. Kristian, R. M. Light, C. R. Lynds, D. G. Monet, E. J. O'Neil, E. J. Shaya, P. K. Seidelmann, J. A. Westphal: Hubble Space Telescope WFPC2 Imaging of M16: Photoevaporation and Emerging Young Stellar Objects. In: Astronomical Journal. 111. Jahrgang, 1996, S. 2349, doi:10.1086/117968, bibcode:1996AJ....111.2349H (caltech.edu [PDF]).
  5. ↑ J. J. Hester, P. A. Scowen, R. Sankrit, T. R. Lauer, E. A. Ajhar, W. A. Baum, A. Code, D. G. Currie, G. E. Danielson, S. P. Ewald, S. M. Faber: Hubble Space Telescope WFPC2 Imaging of M16: Photoevaporation and Emerging Young Stellar Objects. In: The Astronomical Journal. 111. Jahrgang, Juni 1996, ISSN 0004-6256, S. 2349, doi:10.1086/117968, bibcode:1996AJ....111.2349H (englisch, caltech.edu [PDF]).
  6. ↑ James E. Owen, Yanqin Wu: The Evaporation Valley in the Kepler Planets. In: The Astrophysical Journal. 847. Jahrgang, Nr. 1. American Astronomical Society, 20. September 2017, ISSN 1538-4357, S. 29, doi:10.3847/1538-4357/aa890a, arxiv:1705.10810.
  7. ↑ Kurt Liffman: The Gravitational Radius of an Irradiated Disk. In: Publications of the Astronomical Society of Australia. 20. Jahrgang, Nr. 4, 2003, S. 337–339, doi:10.1071/AS03019, bibcode:2003PASA...20..337L.
  8. ↑ C. R. O'dell, Zheng Wen, Xihai Hu: Discovery of New Objects in the Orion Nebula on HST Images: Shocks, Compact Sources, and Protoplanetary Disks. In: The Astrophysical Journal. 410. Jahrgang, Juni 1993, ISSN 0004-637X, S. 696, doi:10.1086/172786, bibcode:1993ApJ...410..696O (englisch).
  9. ↑ Min Fang, Jinyoung Serena Kim, Ilaria Pascucci, Dániel Apai, Carlo Felice Manara: A Candidate Planetary-Mass Object with a Photoevaporating Disk in Orion. In: The Astrophysical Journal. 833. Jahrgang, Nr. 2, 12. Dezember 2016, ISSN 2041-8213, S. L16, doi:10.3847/2041-8213/833/2/l16, arxiv:1611.09761, bibcode:2016ApJ...833L..16F (englisch).
  10. ↑ B. Stecklum, T. Henning, M. Feldt, T. L. Hayward, M. G. Hoare, P. Hofner, S. Richter: The Ultracompact H II Region G5.97−1.17: An Evaporating Circumstellar Disk in M8. In: The Astronomical Journal. 115. Jahrgang, Nr. 2, Februar 1998, ISSN 1538-3881, S. 767, doi:10.1086/300204, bibcode:1998AJ....115..767S (englisch).
  11. ↑ F. Yusef-Zadeh, J. Biretta, T. R. Geballe: Hubble Space Telescopeand United Kingdom Infrared Telescope Observations of the Center of the Trifid Nebula: Evidence for the Photoevaporation of a Proplyd and a Protostellar Condensation. In: The Astronomical Journal. 130. Jahrgang, Nr. 3, September 2005, ISSN 0004-6256, S. 1171–1176, doi:10.1086/432095, arxiv:astro-ph/0505155, bibcode:2005AJ....130.1171Y (englisch).
  12. ↑ M. Fang, R. van Boekel, R. R. King, Th Henning, J. Bouwman, Y. Doi, Y. K. Okamoto, V. Roccatagliata, A. Sicilia-Aguilar: Star formation and disk properties in Pismis 24. In: Astronomy & Astrophysics. 539. Jahrgang, 1. März 2012, ISSN 0004-6361, S. A119, doi:10.1051/0004-6361/201015914, arxiv:1201.0833, bibcode:2012A&A...539A.119F (englisch).
  13. ↑ a b Jinyoung Serena Kim, Cathie J. Clarke, Min Fang, Stefano Facchini: Proplyds Around a B1 Star: 42 Orionis in NGC 1977. In: The Astrophysical Journal. 826. Jahrgang, Nr. 1, 20. Juli 2016, ISSN 2041-8213, S. L15, doi:10.3847/2041-8205/826/1/l15, arxiv:1606.08271, bibcode:2016ApJ...826L..15K (englisch).
  14. ↑ Zoltan Balog, G. H. Rieke, Kate Y. L. Su, James Muzerolle, Erick T. Young: SpitzerMIPS 24 μm Detection of Photoevaporating Protoplanetary Disks. In: The Astrophysical Journal. 650. Jahrgang, Nr. 1, 25. September 2006, ISSN 0004-637X, S. L83–L86, doi:10.1086/508707, arxiv:astro-ph/0608630, bibcode:2006ApJ...650L..83B (englisch).
  15. ↑ X. P. Koenig, L. E. Allen, S. J. Kenyon, K. Y. L. Su, Z. Balog: Dusty Cometary Globules in W5. In: The Astrophysical Journal. 687. Jahrgang, Nr. 1, 3. Oktober 2008, ISSN 0004-637X, S. L37–L40, doi:10.1086/593058, arxiv:0809.1993, bibcode:2008ApJ...687L..37K (englisch).
  16. ↑ StephenL. Skinner, R.Sokal Kimberly, Augusto Damineli, Francesco Palla, Svet Zhekov: SPITZER OBSERVATIONS OF THE YOUNG STELLAR CLUSTER NGC6193 IN THE ARA OB1 ASSOCIATION. In: Stephen L. Skinner: CASA, U. of Colorado. Abgerufen am 12. Dezember 2019.
  17. ↑ Melina Thévenot, Katharina Doll, Hugo A. Durantini Luca: Photoevaporation of Two Proplyds in the Star Cluster Collinder 69 Discovered with Spitzer MIPS. In: Research Notes of the AAS. 3. Jahrgang, Nr. 7, 15. Juli 2019, ISSN 2515-5172, S. 95, doi:10.3847/2515-5172/ab30c5, bibcode:2019RNAAS...3...95T (englisch).
  18. ↑ Nathan Smith, John Bally, Jon A. Morse: Numerous Proplyd Candidates in the Harsh Environment of the Carina Nebula. In: The Astrophysical Journal. 587. Jahrgang, Nr. 2, 24. März 2003, ISSN 0004-637X, S. L105–L108, doi:10.1086/375312, bibcode:2003ApJ...587L.105S (englisch).
  19. ↑ F. Yusef-Zadeh, D. A. Roberts, M. Wardle, W. Cotton, R. Schödel, M. J. Royster: Radio Continuum Observations of the Galactic Center: Photoevaporative Proplyd-Like Objects Near SGR A. In: The Astrophysical Journal. 801. Jahrgang, Nr. 2, 11. März 2015, ISSN 2041-8213, S. L26, doi:10.1088/2041-8205/801/2/l26, arxiv:1502.03109, bibcode:2015ApJ...801L..26Y (englisch).
  20. ↑ R. Sahai, R. Güsten, M. R. Morris: Are Large, Cometary-Shaped Proplyds Really (Free-Floating) Evaporating Gas Globules? In: The Astrophysical Journal. 761. Jahrgang, Nr. 2, 30. November 2012, ISSN 2041-8205, S. L21, doi:10.1088/2041-8205/761/2/l21, arxiv:1211.0345, bibcode:2012ApJ...761L..21S (englisch).
  21. ↑ Wolfgang Brandner, Eva K. Grebel, You-Hua Chu, Horacio Dottori, Bernhard Brandl, Sabine Richling, Harold W. Yorke, Sean D. Points, Hans Zinnecker: HST/WFPC2 and VLT/ISAAC Observations of Proplyds in the Giant H II Region NGC 3603. In: The Astronomical Journal. 119. Jahrgang, Nr. 1, Januar 2000, ISSN 0004-6256, S. 292–301, doi:10.1086/301192, arxiv:astro-ph/9910074 (englisch).
  22. ↑ Nicholas J. Wright, Jeremy J. Drake, Janet E. Drew, Mario G. Guarcello, Robert A. Gutermuth, Joseph L. Hora, Kathleen E. Kraemer: Photoevaporating Proplyd-Like Objects in Cygnus Ob2. In: The Astrophysical Journal. 746. Jahrgang, Nr. 2, 1. Februar 2012, ISSN 2041-8205, S. L21, doi:10.1088/2041-8205/746/2/l21, arxiv:1201.2404, bibcode:2012ApJ...746L..21W (englisch).
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