TL; DR: Ungefähr 2150 Lichtjahre

Hier ist der Kern meiner Antwort der Einfachheit halber:

• Die größten Nebel sind HII-Regionen, Gaswolken, die von jungen heißen Sternen ionisiert werden, die sich in ihnen bilden.
• Wir können Berechnen Sie den Radius einer Kugel, der der maximalen Entfernung entspricht, in der neutrales Wasserstoffgas ionisiert werden kann – ein Proxy für die Größe der HII-Region.
• Diese Methode kann für Sternhaufen angepasst werden, nicht nur für einzelne Grundannahmen über die Masse der Molekülwolken und die Effizienz der Sternentstehung zeigen, dass die maximale Größe einer HII-Region etwa 2150 Lichtjahre betragen sollte. Dies ist ein paar Mal so groß wie die größte bekannte HII-Regionen.

Im Wesentlichen können Sie extrem große Nebel haben, deren Überquerung selbst bei außergewöhnlich hohen Geschwindigkeiten lange dauern würde.

Große Nebel sind HII-Regionen

Wenn Sie sich einige der ansehen Bei den derzeit größten bekannten Nebeln stellen Sie möglicherweise fest, dass viele von ihnen mit einem Durchmesser von Hunderten von Lichtjahren HII-Regionen sind. Sie sind Sternwiegen, Wasserstoffwolken, die von den jungen, neu gebildeten Sternen in ihnen ionisiert werden. Ihre Entwicklung wird durch die Emission der heißesten massereichen Sterne bestimmt, die die ionisierende Strahlung liefern, und wird schließlich die Wolken vollständig zerstreuen. HII-Regionen sind eine gute Wahl für große Nebel, einfach weil sie extrem massiv sind und Dutzende von Sternen enthalten können.

Viele der größten Nebel sind HII-Regionen:

• Der Tarantula-Nebel
• Der Carina-Nebel
• NGC 604

HII-Regionen sind nicht immer die Orte der Sternengeburt, sie können sich (in kleineren Maßstäben) um sie herum bilden einzelne Sterne. Barnards Schleife ist ein berühmtes Beispiel für eine große HII-Region, von der angenommen wird, dass sie sich aus einer Supernova gebildet hat. Die größten HII-Regionen sind jedoch tatsächlich diese Nachkommen von Molekülwolken, die Cluster junger Sterne enthalten.

Strömgren-Kugeln

Ein beliebtes Modell einer (sphärischen) HII-Region ist die Strömgren-Kugel . Eine Strömgren-Kugel ist eine Gaswolke, die in eine größere Wolke eingebettet ist. Das externe Gas ist über eine Entfernung, die als Strömgren-Radius bezeichnet wird, neutral. Innerhalb des Strömgren-Radius ionisiert das Licht eines oder mehrerer Sterne den Wasserstoff und bildet eine HII-Region. Wir können den Strömgren-Radius $ R_S $ über eine einfache Formel berechnen: $$ R_S = \ left (\ frac {3} {4 \ pi} \ frac {Q _ *} {\ alpha n ^ 2} \ right) ^ {1 / 3} $$ wobei $ n $ die Elektronenzahldichte ist, $ \ alpha $ als Rekombinationskoeffizient bezeichnet wird und $ Q _ * $ die Anzahl der vom Stern pro Zeiteinheit emittierten Photonen ist. Wir könnten eine Zahlendichte von $ n \ sim10 ^ 7 \ text {m} ^ {- 3} $ innerhalb des Nebels und bei Temperaturen von $ T \ sim10 ^ 4 \ text {K} $, $ \ alpha (T) sehen ) \ ca.2.6 \ times10 ^ {- 19} $. Alles, was bleibt, ist die Berechnung von $ Q _ * $, die durch die Formel $$ Q _ * = \ int _ {\ nu_0} ^ {\ infty} \ frac {L _ {\ nu}} {h \ nu} d \ gefunden werden kann nu $$ wo wir die Planck-Funktion integrieren, gewichtet mit der Frequenz und multipliziert mit der Oberfläche des Sterns, über alle Frequenzen größer als $ \ nu_0 = 3.288 \ times10 ^ {15} \ text {Hz} $, die niedrigste Frequenz, die kann immer noch Wasserstoff ionisieren. $ L _ {\ nu} $ ist eine Funktion der effektiven Temperatur des Sterns $ T_ {eff} $. Wenn Sie stattdessen die Masse des Sterns als Parameter verwenden möchten, Wir wissen, dass $ T \ propto M ^ {4/7} $ als Annäherung für viele Sterne dient (und $ R \ propto M ^ {3/7} $). Ich habe festgestellt, dass es bei massearmen Sternen ($ < 0,3M _ {\ odot} $) schlecht funktioniert, aber dort weicht es je nach Faktor nur um den Faktor 2 ab Ihre Wahl der Proportionalitätskonstante.

Hier sind meine Ergebnisse, die $ R_S $ als Funktion von $ M $ darstellen:

Dies zeigt, dass selbst einzelne massive Sterne noch HII-Regionen mit einem Durchmesser von bis zu 100 Lichtjahren produzieren können ist ziemlich beeindruckend.

Mehrere Sterne und Cluster

Das obige Modell geht davon aus, dass sich nur ein Stern im Zentrum der Kugel befindet. Die meisten der oben erwähnten großen HII-Regionen sind jedoch vorhanden haben mehrere Sterne – oder sogar ganze Sternhaufen. Daher müssen wir herausfinden, wie groß unsere HII-Region sein kann, wenn wir annehmen, dass sie einen Haufen heißer, massereicher Sterne enthält. Anpassung eines Modells von Hunt & Hirashita 2018 , sagen wir, der Cluster ist statisch – es werden keine Sterne geboren und keine Sterne sterben. Nehmen Sie außerdem an, dass der Cluster einer anfänglichen Massenfunktion $ \ phi (M) $ folgt, die beschreibt, wie viele Sterne Massen in einem bestimmten Bereich haben sollen. Wir haben jetzt einen komplizierteren Ausdruck für $ Q $, die Gesamtzahl der emittierten ionisierenden Photonen: $$ Q = \ int_0 ^ {\ infty} Q _ * (M) \ phi (M) dM $$, wobei wir anerkennen, dass $ Q_ * $ ist eine Funktion der Sternmasse. Dies ist für jeden Cluster von $ N $ Sternen immer noch leicht kalkulierbar, sobald Sie Ihren IWF ausgewählt haben. Wir können diese Werte dann in unsere Formel für $ R_S $ einfügen. Die Tatsache, dass $ R_S \ propto Q _ * ^ {1/3} $ bedeutet, dass wir eine große Anzahl massereicher Sterne benötigen, um Durchmesser von $ \ sim1000 $ Lichtjahren zu erreichen, aber es ist immer noch durchaus möglich. P. >

Ergebnisse für einzelne Cluster

Ich habe den Salpeter-IWF und die obigen Formeln auf eine Reihe von HII-Regionen angewendet, von denen die meisten eine große Anzahl von Sternen enthalten. Meine (naiven) Annahmen haben mir tatsächlich anständige Ergebnisse geliefert ( Code hier ): $$ \ begin {array} {| c | c | c | c |} \ hline \ text {Name} & \ text {Anzahl der Sterne} & \ text {Durchmesser (Lichtjahre)} & 2R_S \ text {(Lichtjahre)} \\\ hline \ text {Tarantula Nebula} & 500000 ^ 1 & 600 & 1257 \\\ hline \ text {Carina Nebula} & 14000 ^ 2 & 460 & 382 \\\ hline \ text {Eagle Nebula} & 8100 & 120

Der Tarantula-Nebel ist mit 200 Parsec (650 ly) der größte bekannte Nebel ) über.

Bei 300.000-facher Lichtgeschwindigkeit, dies würde knapp 20 Stunden dauern, um zu überqueren.

Bearbeiten:

Aus einer anderen Quelle wird die Größe des Tarantula-Nebels bei 40 Bogenminuten bei 179 kly angegeben Ich rechne damit, dass der Durchmesser 2080 ly beträgt. Ich nehme an, es hängt davon ab, wie Sie die Grenzen des Nebels definieren. Das Überqueren mit der angegebenen Geschwindigkeit würde 60 Stunden dauern.

Kommentare

• “ Ich nehme an, es hängt davon ab, wie Sie die Grenzen des Nebels definieren. “ – genau Der Mond hat eine dichtere Atmosphäre als Nebel. Bei solchen Dingen sind Grenzen sehr wichtig.

Es ist schwer zu sagen, wie groß es denkbar sein könnte, da die Definition eines „Nebels“ ein bisschen … nebulös sein kann? Jede Galaxie ist von einem sehr losen Dunst von Partikeln umgeben, und im Prinzip ist das, was wir als „Nebel“ bezeichnen, nur eine ungewöhnlich dichte Ansammlung dieser Partikel. Als solche gibt es keine strenge Obergrenze, aber alles, was ausreichend groß ist, wird schließlich durch nahegelegene Sterne oder andere Schwerkraftquellen gestört, was dazu führt, dass sie entweder kollabieren oder sich zerstreuen. Sie können also nur für kürzere Zeiträume existieren.

Der größte benannte Nebel ist der Tarantula-Nebel mit einem Durchmesser von etwa tausend Lichtjahren (NGC 604 in der Triangulum-Galaxie könnte noch größer sein , aber dies ist eine vergleichsweise „lose“ Ansammlung von Weltraumstaub. Wenn Sie mit 300.000-facher Lichtgeschwindigkeit unterwegs wären, würde das Überqueren 44 Stunden dauern, also ein Nebel sogar ein Achtel Die Breite (wie das Bild unten in der Cygnus-Schleife) würde noch einige Stunden dauern und Ihre Kriterien problemlos erfüllen.

Kommentare

• Der Vogelspinnennebel hat einen Durchmesser von nur $ \ sim650 $ Lichtjahren, nicht $ 1000 $
• Es hängt davon ab, wie Ihre Metrik für width ‚; Ich stelle mir vor, dass es ‚ ein standardisiertes Maß für die Leuchtdichte gibt (so etwas wie ein FWHM auf einem Gaußschen?), Aber die NASA gibt tatsächlich die 1000-er Zahl an, also shan ich ‚ nicht ändern. Link