Studies of the star-forming structures in the dense interstellar medium: a view by dust extinction

Abstract

New stars in galaxies form in dense, molecular clouds of the interstellar medium. Measuring how the mass is distributed in these clouds is of crucial importance for the current theories of star formation. This is because several open issues in them, such as the strength of different mechanism regulating star formation and the origin of stellar masses, can be addressed using detailed information on the cloud structure. Unfortunately, quantifying the mass distribution in molecular clouds accurately over a wide spatial and dynamical range is a fundamental problem in the modern astrophysics.

This thesis presents studies examining the structure of dense molecular clouds and the distribution of mass in them, with the emphasis on nearby clouds that are sites of low-mass star formation. In particular, this thesis concentrates on investigating the mass distributions using the near infrared dust extinction mapping technique. In this technique, the gas column densities towards molecular clouds are determined by examining radiation from the stars that shine through the clouds. In addition, the thesis examines the feasibility of using a similar technique to derive the masses of molecular clouds in nearby external galaxies.

The papers presented in this thesis demonstrate how the near infrared dust extinction mapping technique can be used to extract detailed information on the mass distribution in nearby molecular clouds. Furthermore, such information is used to examine characteristics crucial for the star formation in the clouds. Regarding the use of extinction mapping technique in nearby galaxies, the papers of this thesis show that deriving the masses of molecular clouds using the technique suffers from strong biases. However, it is shown that some structural properties can still be examined with the technique.

Galaksien uudet tähdet syntyvät tähtienvälisen avaruuden tiheissä kaasupilvissä joita kutsutaan molekyylipilviksi. Näiden molekyylipilvien rakenteen määrittäminen on tähtien syntyteorioiden kannalta erittäin tärkeää, koska monet teorioihin liittyvät fysikaaliset ilmiöt heijastuvat suoraan pilvien rakenteeseen. Molekyylipilvien rakenteen tarkka määritys on kuitenkin ongelmallista, sillä kaasua josta pilvet koostuvat on verrattaen vaikea havaita.

Tutkin väitöskirjatyössäni tähtien syntyprosessin alkuhetkiä tarkastelemalla kaasun muodostamia rakenteita molekyylipilvissä. Työssä keskitytään soveltamaan uutta ns. lähi-infrapuna-alueen värieksessi-menetelmää, jossa pilven rakenne määritetään tarkastelemalla sen läpi loistavien tähtien säteilyä. Menetelmän soveltamisen lisäksi työssä tutkitaan menetelmän tarkkuutta ja mahdollisia sovellusalueita.

Väitöskirjatyöni tutkimukset havainnollistavat kuinka väriksessi-menetelmällä voidaan saavuttaa verrattaen tarkka ja näin ollen erittäin hyödyllinen näkymä tähtien syntyrakenteisiin molekyylipilvissä. Lisäksi tutkimuksissa tarkastellaan erilaisten rakenteiden merkitystä nykyisille tähtien syntyteorioille. Tutkimuksissa selvitetään myös millä tarkkuudella menetelmää voidaan soveltaa Linnunradan ulkopuolisten galaksien molekyylipilvien tutkimukseen.