The Bird's Eye Milky Way: Gaias syn på täthetsdiagnostiken för stjärnbildning

Forskningsprojekt, 2023 – 2026

Att förstå stjärnbildning är en nyckel i våra ansträngningar att förstå det universum vi lever i. Ett huvudsakligt hinder för framsteg är att forskningen kring stjärnbildning i årtionden har delats upp i två grupper som ser samma process från vitt skilda perspektiv: de galaktiska och extragalaktiska perspektiven. Även om dessa perspektiv i hög grad kompletterar varandra, har observationsbegränsningar dikterat att det helt enkelt inte är möjligt att använda dem. Detta har allvarligt påverkat vår förmåga att utveckla en helhetsbild av stjärnbildning.

Det kommande decenniet kommer dock att förändra detta: vi kommer konkret att kunna knyta samman de lokala fysiska processer som studerats i Vintergatan och de globala som studerats i närliggande galaxer. De rumsliga skalorna som studerats i vår galax och i andra har börjat överlappa varandra och gränssnittet mellan de två grupper har blivit en fokuspunkt för studier av stjärnbildning.

Med detta projekt kommer vi att rikta in det här gränssnittet från en unik och ny vinkel. Nyligen har Gaia- rymdobservatoriet revolutionerat kartläggningen av Vintergatans fördelning av stoft – för första gången kan vi avslöja den sanna 3-dimensionella (3D) fördelningen av stoftet, i motsats till projektioner från himlens plan.
Sådan information skriver redan om vår bild av lokalt interstellärt medium och påverkar stjärnbildningen och molekylära molnutvecklingsmodeller.

Vi kommer att använda 3D, Gaia-härledda stoftfördelningar för att göra framsteg när det gäller att förstå täthetsstrukturen för det lokala interstellära mediet och kopplingen av den strukturen till stjärnbildning. Enligt vår nuvarande kunskap är gasens densitetsstruktur över ett brett spektrum av tätheter kopplad till utvecklingen av molekylära moln och därför till stjärnbildning. Gaia-data kan spåra denna fördelning relativt noggrant, vilket ger tillgång till en densitetsregim som inte är lättillgänglig i Vintergatan, men som regelbundet observeras i externa galaxer. Genom att göra detta tillhandahåller vi unik information om densitetsstrukturen hos gas i Vintergatan och ett konkret sätt att bättre samverka med kunskap om galaktisk och extragalaktisk ISM/stjärnbildning.

Specifikt kommer detta projekt att kvantifiera gasdensitetsstatistiken, nämligen sannolikhetstäthetsfunktionerna för gasdensitet (PDF) och deras skalberoende, i en fullständig volym inom Vintergatans skiva; detta har inte gjorts med 3D-data tidigare. Vi kommer också att förbättra vår bild av den exakta 3D-stoftfördelningen i solens närområde. Slutligen kommer vi att kasta nytt ljus över kinematiken för molekylär gas genom att utforska en kombination av 3D-stoft- och CO-gasdata.

Tillsammans gör målen ovan det möjligt för oss att se Vintergatans gasfördelning ur ett "fågelperspektiv". En sådan syn är avgörande för att beskriva hur nyckeldiagnostiken för stjärnbildning och relationer är uppbyggda från sub-parsec- till kiloparsec-skalor. Den resulterande informationen – som för närvarande saknas – är transformerande för att avkoda fysiken gömd i observationsstjärnbildningsrelationerna och diagnostiken.