Almost all information on astrophysical objects is obtained through observation of electromagnetic radiation. The observed radiation has been altered in interactions with matter, and understanding the transport of radiation is a key prerequisite for understanding the physical conditions in the observed objects. The transport of radiation is described by the radiative transfer equation. Owing to its complex nature, solving the radiative transfer equation is difficult, and it is usually necessary to resort to numerical calculations. In this thesis, the focus is on the modelling of radiation transport in interstellar clouds. The dense gas and dust in interstellar clouds scatter, absorb, and emit radiation, and understanding the radiative transfer effects is crucial in the interpretation of observations.
Four of the five articles that are contained in this thesis concern various applications of radiative transfer modelling. Two articles focus on the modelling of spectral line radiation. We study the use of OH Zeeman splitting observations in the determination of magnetic field strengths in molecular clouds. The role of magnetic fields in the process of star formation is still largely an open question with two competing models: the turbulence dominated scenario where magnetic fields are weak, and the ambipolar diffusion driven model with stronger magnetic fields. By combining magneto-hydrodynamical calculations with radiative transfer simulations, we show that the turbulence dominated scenario is consistent with the observed magnetic field strengths.
Two articles concern the dust radiative transfer. We study the dust density distribution and grain properties in the dust envelope surrounding the carbon star IRC +10216. By modelling the surface brightness distribution of the scattered light in the dust envelope, we can infer the mass-loss history of the star and improve models of newly formed dust grains. In another article we use magneto-hydrodynamical calculations and radiative transfer simulations to study the reliability of cloud core mass estimates. Observations of dust thermal emission at the far-infrared and sub-millimetre wavelengths are commonly used to determine the masses of molecular cloud cores. By constructing synthetic observations of a model cloud and comparing the estimated masses to the true masses that are obtained directly from the cloud model, we can determine the robustness of mass estimates.
Instead of focusing on the applications of radiative transfer modelling, one article describes new numerical methods for efficient radiative transfer simulations. We describe new algorithms for radiative transfer on hierarchical grids. The new algorithms, in particular the use of sub-iterations, are faster by a factor of several compared to the old methods.Lähes kaikki tieto tähtitieteellisistä kohteista saadaan havaitsemalla sähkömagneettista säteilyä. Havaittava säteily on muuttunut vuorovaikutuksissa aineen kanssa, joten havaintojen tulkinta edellyttää säteilyn siirtymisen ymmärtämistä. Säteilyn siirtymistä kuvataan säteilynkuljetysyhtälöllä. Yhtälön monimutkaisuuden vuoksi ratkaisussa joudutaan yleensä käyttämään numeerisia menetelmiä. Tässä väitöskirjassa keskitytään mallintamaan säteilynkuljetusta tähtienvälisissä pilvissä. Niiden tiheä kaasu ja pöly sirottavat, absorboivat ja emittoivat säteilyä, joten säteilynkuljetusmallinnus on avainasemassa pilvien tutkimisessa.
Neljä väitöskirjan viidestä artikkelista käsittelee säteilynkuljetusmallinnuksen sovelluksia. Kaksi artikkelia käsittelee spektriviivasäteilyä. Niin sanotun Zeemanin ilmiön ansiosta hydroksyyliradikaalin (OH) spektriviivahavainnoista voidaan johtaa magneettikentän voimakkuus tähtienvälisissä pilvissä. Magneettikenttien rooli tähtien synnyssä on yhä suurelta osin avoin kysymys, joten magneettikenttien mittaus on hyvin tärkeää. Yhdistämällä magnetohydrodynaamiset simulaatiot ja säteilynkuljetusmallinnuksen osoitamme, että malli jonka mukaan pilvien magneettikentät ovat heikkoja ja melko merkityksettömiä tähtien syntyprosessissa sopii kirjallisuudessa esitettyihin spektriviivahavaintoihin.
Kaksi artikkelia käsittelee tähtienvälistä pölyä. Tutkimme valonsirontaa hiilitähteä IRC +10216 ympäröivässä pölykuoressa. Mallintamalla kuoren kirkkausjakaumaa voimme selvittää pölykuoren rakennetta sekä pölyhiukkasten ominaisuuksia. Toisessa artikkelissa magnetohydrodynaamisia malleja säteilynkuljetuslaskuja käytetään pilviytimien massa-arvioiden luotettavuuden tutkimiseen.
Viides artikkeli keskittyy sovellusten sijasta tehokkaiden säteilynkuljetusalgoritmien kehitykseen. Esittelemme uusia menetelmiä, joilla säteilynkuljetusongelma voidaan ratkaista murto-osassa vanhojen menetelmien vaatimasta ajasta
