Formation and Evolution of Magnetised and Turbulent Molecular Clouds : Varying Initial Conditions and the Role of Stellar Feedback

Abstract

Mittels hochaufgelöster numerischer Simulationen untersuche ich die Entstehung und Entwicklung von Molekülwolken, welche durch die Kollision zweier Gasströme im interstellaren Medium hervorgerufen wird. In einer ersten Studie untersuche ich den Einfluss des interstellaren Magnetfeldes auf den resultierenden Entstehungsprozess, sowie den weiteren zeitlichen Verlauf. Ich zeige, dass starke Magnetfelder – wie sie derzeit beobachtet werden – zu einer Unterdrückung des Gravitationskollaps und damit der Sternentstehung führen. Auf Basis von nicht–idealer Magnetohydrodynamik führe ich weitere Studien durch. Die Ergebnisse zeigen jedoch keine signifikante Änderung, was letztendlich zu der Frage führt, wie Sterne in kalten, stark magnetisierten Wolken entstehen. Weiterhin gehe ich die Frage an, welchen Effekt Supernova–Explosionen massereicher Sterne auf die elterliche Molekülwolke haben. Ich zeige, dass das Lebensende eines massereichen Sterns nur einen sehr lokal begrenzten Effekt aufweist. Die globale Stabilität der Wolke wird dabei nur kurzweilig durch die Supernova dominiert. Auf Skalen von ca 10 − 20 pc jedoch erweisen sich Supernova–Explosionen als äußerst effizient im Vergleich zu anderen Rückkopplungsmechanismen. Hinsichtlich der Sternentstehungsrate und –effizienz kann eine Verringerung um einen Faktor 2 vermerkt werden. Ein vollständiges Ende der Sternentstehung wird jedoch nicht beobachtet.

I present results from high resolution numerical simulations studying the formation and subsequent evolution of molecular clouds driven by the convergence of warm neutral medium flows. The results highlight the importance of magnetic fields in the diffuse interstellar medium as well as the initial conditions of the formation process. I show that magnetic field strengths consistent with recent observational results do not lead to gravitationally collapsing clumps within the clouds. Non–ideal magnetohydrodynamic effects, which increase the diffusion of the magnetic field show only minor difference compared to ideal magnetohydrodynamics. I conclude that the issue of how stars form in highly magnetised environments still persists. In a second step, I study the evolution of star forming molecular clouds subject to supernova feedback from high–mass stars. I show that this feedback process is too inefficient to disrupt the parental molecular cloud. The long–term energy and momentum input are not sufficient to disperse the gas. On spatial scales of about 10−20 pc, however, supernova feedback is seen to be much more efficient than corresponding other feedback mechanisms prior to the supernova. The impact on the star formation rate and efficiency is rather limited. Both quantities are reduced by a minimum factor of about 2, but do not come to a halt.