Sub-millimetre and X-ray observations of the interstellar medium

Abstract

Diese Arbeit verwendet Daten, die von verschiedensten Teleskopen gewonnen worden sind, um die Eigenschaften des diffusen und dichten interstellaren Mediums und deren räumliche Veränderung über den gesamten Himmel hinweg abzuleiten. Aufgrund der Wellenlängenabhängigkeit der thermischen Staubemission und des Extinktionswirkungsquerschnittes werden der Submillimeter- und der Röntgenbereich gewählt, sodass unterschiedliche Bestandteile des lokalen interstellaren Medium beobachtet werden können. Durch die vor Kurzem veröffentlichen Ergebnisse des Satelliten Planck sind Staubemissionsmessungen für den gesamten Himmel verfügbar. Weiters wurde der Cluster des Orionnebels mit einer Reihe von hochauflösenden Instrumenten vermessen, was ideale Voraussetzungen für die Untersuchung des dichten interstellaren Mediums in dieser Region schafft. Um die Fülle an Daten zu nutzen, werden im Zuge der Analyse drei Vorgehensweisen verfolgt: Erstens wird die Röntgenemission von ausgedehnten Quellen mit den Mikrowellenbeobachtungen von Planck verglichen. Zweitens werden Röntgenspektren von Punktquellen verwendet, die die Ableitung der absorbierenden Gassäulendichte erlauben. Drittens werden Röntgen- und Submillimeterdaten des Orionnebels verglichen um das lokale Gas-zu-Staub-Verhältnis zu bestimmen. Der neue Planck-Datensatz erfordert eine detaillierte Untersuchung des Potentials und der Einschränkungen der angewandten Methoden, die in dieser Arbeit präsentiert wird. Die grundlegende Komplikation, dass die zu vergleichenden Daten typischerweise nicht dasselbe interstellare Material widerspiegeln, wird aufgezeigt. Gleichzeitig stellt es sich als schwierig heraus, die beiden Datensätze in einer solchen Weise zu beschränken, dass sie vergleichbar sind. Nichtsdestotrotz legen diese Analysen eine wesentliche räumliche Änderung der Beschaffenheit des interstellaren Mediums nahe, was der üblichen Annahme einheitlicher Eigenschaften über den gesamten Himmel hinweg widerspricht.

This work employs data sets obtained by various telescopes to deduce properties of the diffuse and dense interstellar medium and their variation throughout the sky. Due to the wavelength dependency of thermal dust emission and the extinction cross section, the sub-millimetre and the X-ray range are chosen to trace different constituents of the local interstellar medium. With new results from the Planck satellite recently published, measurements of dust emission in the microwave regime are available across the entire sky. Furthermore, the Orion Nebula Cluster has been surveyed by a number of high-resolution instruments, providing ideal conditions to study the dense interstellar medium in this region. Three analysis approaches utilising this wealth of data are followed: First, X-ray emission from extended sources is compared to thermal dust emission as observed by Planck. Second, the X-ray spectra of point sources are used to derive numerical values for the absorbing gas column density. Third, X-ray and sub-millimetre data covering the Orion Nebula Cluster are compared in order to derive the local gas-to-dust ratio. The new Planck data set necessitates a detailed study of the potential and limitations of the involved methods which is presented in this work. The complication that the compared quantities typically do not correspond to the same interstellar material is revealed. Additionally, restricting the analysis in such a way that X-ray absorption and thermal dust emission are comparable parameters is found to constitute a difficult undertaking. Nevertheless, the conducted studies are suggestive of significant variations in the properties of the interstellar medium, contradicting the common assumption of uniform characteristics across the sky.