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The handle http://hdl.handle.net/1887/24302 holds various files of this Leiden University
dissertation
Author: Verdolini, Silvia
Title: Modeling interstellar bubbles : near and far
Issue Date: 2014-02-20
Modeling interstellar bubbles:
near and far
Silvia Verdolini
Modeling interstellar bubbles:
near and far
Proefschrift
ter verkrijging van
de graad van Doctor aan de Universiteit Leiden,
op gezag van Rector Magnificus prof.mr. C.J.J.M. Stolker,
volgens besluit van het College voor Promoties
te verdedigen op donderdag 20 februari 2014
klokke 13.45 uur
door
Silvia Verdolini
geboren te Jesi
in 1984
Promotiecommisie
Promotor:
Prof. dr. A. G. G. M. Tielens
Overige leden:
Prof. dr. H. J. A. Röttgering
Prof. dr. S. F. Portegies Zwart
Dr. J. Brinchmann
Dr. B. Groves
Cover: Giulia Verdolini
Max Planck Institute for Astronomy
a Giulia, Pia e Silvano
Il futuro di un fiume è alla sorgente.
Erri De Luca
Table of Contents
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Introduction
1.1 High mass stars and the interstellar medium of galaxies
1.1.1 High mass star formation . . . . . . . . . . . .
1.1.2 H ii regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.3 Interstellar bubbles . . . . . . . . . . . . . . .
1.1.4 H ii regions: dynamics . . . . . . . . . . . . .
1.2 Star-forming galaxies . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2.1 Line diagnostic diagrams . . . . . . . . . . . .
1.3 Thesis outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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X-ray emission from stellar wind driven bubbles: the prototypical UltraCompact H ii Region, G29.96-0.02
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 The prototypical UltraCompact H ii region: G29.96-0.02 . . . . . . . . .
2.3 Observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 IR observation of the star and its wind . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2 X-ray observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Numerical method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 New approach to find blocks cut by a ray . . . . . . . . . . . . .
2.4.2 Changes to the chemistry solver . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.3 Cooling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.4 Stellar winds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.5 Star moving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.6 Mass loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5 G29.96: simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.1 Bow shock model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.2 Modified champagne flow model . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.3 Modified champagne flow with mass loading . . . . . . . . . . .
2.6 Comparison with observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.1 Simulated radio emission measure maps . . . . . . . . . . . . . .
2.6.2 Velocity maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.3 X-ray luminosity and spectral energy distribution . . . . . . . . .
2.6.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.6.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.8 Appendix: Code testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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ix
Table of Contents
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x
A class of champagne flow H ii regions with radiation pressure-driven dust
waves
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 H ii region morphology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 ‘Closed’ bubbles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2 ‘Broken/open’ bubbles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Dust waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 Numerical method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1 Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.2 Initial conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 Results of the simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1 Morphology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.2 Velocity of the ionized gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1 Comparison with observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.2 Location of the dust wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.3 Champagne flow H ii regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.4 Kinetic energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.5 Triggered star formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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A study of H ii regions in NGC 6822 and the distribution of
galaxies in emission line diagnostic diagrams
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2 Data set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Optical emission line images . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Optical photometry . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.3 Mapping dust and gas . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.4 Ionized gas density . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3 H ii region expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.1 Analytical models . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.2 Comparison to observations . . . . . . . . . . . . .
4.4 Diagnostic diagrams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4.1 Spectral synthesis and photoionization models . . .
4.4.2 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.1 Age . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.2 Density of the ISM . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.3 Ionization parameter . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.4 Comparison with SDSS galaxies . . . . . . . . . . .
4.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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star-forming
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Table of Contents
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Line emission from radiation-pressurized H ii regions. I. Internal
and line ratios
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2 Photoionization models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 Input parameters and calculations . . . . . . . . . . . .
5.2.2 Model outputs and physical parameters . . . . . . . . .
5.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.1 One-zone models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.2 Full models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4 Comparison to previous work . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
structure
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Line emission from radiation-pressurized H ii regions. II. Dynamics and population synthesis
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6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.2 Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
6.2.1 Spectral synthesis and photoionization models . . . . . . . . . . 104
6.2.2 Population synthesis code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
6.2.3 Calculation of the line emission . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
6.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
6.3.1 Internal effects of radiation pressure and winds . . . . . . . . . . 110
6.3.2 Dynamical effects of radiation pressure . . . . . . . . . . . . . . 113
6.3.3 Influence of galactic parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
6.4 Comparison to observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
6.5 Discussion and conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Bibliography
125
Samenvatting
131
Riepilogo
139
Publications
145
Curriculum Vitae
147
Ringraziamenti
149
xi

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