Von galaktischen Gaswolken zu stellaren Scheiben: Sternentstehung in Computersimulationen. von Robi Banerjee

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1 Von galaktischen Gaswolken zu stellaren Scheiben: Sternentstehung in Computersimulationen von Robi Banerjee Orion Nebel, Aufnahme: Very Large Teleskop (VLT), ESO Chile

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3 Wie entstehen eigentlich Sterne?

4

5 Typische Galaxie Sterne: ~ 100 Milliarden Insterstellare Medium (ISM): atomares Gas, ionisiert, neutral, T ~ tausend - Million Grad Molekülwolken: < 1% des Volumens; H2, CO, Staub Sternentstehungsrate heute: 3-5/Jahr Lebensdauer von Sternen: Millionen - Milliarden Jahre

6 Molekülwolken: Sternentstehungsgebiete vorwiegend molekular: H2, CO + Staub (~ 1%) Ausdehnung ~ pc Masse ~ 10 5 Msol (GMCs) Dichte: cm -3 kalt (10-20 K) chaotische Geschwindigkeitsfluktuationen, d.h. Überschall-Turbulenz Magnetfelder, B ~ 10 µg extrem Vakkum 10^4-10^9 ultrahochvakuum < 10^4

7 Hubble Teleskop: Sternentstehungsgebiet NGC 604 in M33 Galaxie

8

9 ESA Herschel Teleskop: Sternentstehungsgebiet Rosetta Nebel

10 Hubble Teleskop: Pillars of Creation

11 Magnetfelder M51 Erdmagnetfeld ~ 1 Gauss Galaktisches Feld ~ mal schwächer Galaktisches B-Feld (e.g. R.Beck 2001) großskalige Komponente: ~ 4µG Gesamtstärke: ~ 6µG Polarisationkarte des Pfeifennebels F.O.Alves, Franco, Girart 2008

12 Sternentstehung schematisch

13 Sternentstehung schematisch

14 Modellierung 10 Größenordungen: Sonne - Medizinball

15 Modellierung 10 Größenordungen: Sonne - Medizinball riesige Längenskalen: 100 pc - 1 Rsun (10 Größenordnungen!!) Lösungen: adaptives Gitter / Teilchen basierend unterschiedlichste Zeitskalen: 1 Millionen Jahre - Sekunden verschiedenste Prozesse: Gravitation, Hydrodynamik, Thermodynamik, Strahlung, Magnetfelder,...

16 Modellierung in Supercomputern Kolob GPU-Cluster, Uni Heidelberg aus Bremen 17 TFLOPS JUGENE Supercomputer, Jülich Forschungszentrum

17 Entstehung von Molekülwolken

18 Entstehung von Molekülwolken Anfangskonfiguration: Zusammenstoß zweier heißer Gasstöme

19 Entstehung von Molekülwolken

20 Entstehung von Molekülwolken

21 Entstehung von Molekülwolken

22 Entstehung von Molekülwolken

23 Kollaps von prästellaren Kernen

24 Kollaps von prästellaren Kernen

25 Kollaps von prästellaren Kernen Bok Globule B 68: Alves et al. 2001

26 Kollaps von prästellaren Kernen

27 Kollaps von prästellaren Kernen Bonner-Ebert Sphäre

28 Kollaps von prästellaren Kernen 1D Simulation von Richard Larson, 1969 Zeit Bonner-Ebert Sphäre

29 Gravitations-Instabilität

30 Gravitations-Instabilität { < 0 : Kollaps > 0 : Expansion Virialsatz: 2K + U = 0 : stabil thermische Energie Gravitationsenergie homogene Gas-Sphäre

31 Gravitations-Instabilität { < 0 : Kollaps > 0 : Expansion Virialsatz: 2K + U = 0 : stabil thermische Energie Gravitationsenergie homogene Gas-Sphäre Kollaps: MKern > MJeans T 3/2 ρ -1/2

32 Gravitations-Instabilität { < 0 : Kollaps > 0 : Expansion Virialsatz: 2K + U = 0 : stabil thermische Energie Gravitationsenergie homogene Gas-Sphäre Kollaps: MKern > MJeans T 3/2 ρ -1/2

33 Gravitations-Instabilität Jeans Masse: MJeans 1 MSonne

34 Gravitations-Instabilität Jeans Masse: MJeans 1 MSonne Jeans Länge: LJeans AU

35 Gravitations-Instabilität Jeans Masse: MJeans 1 MSonne Jeans Länge: LJeans AU Frei-Fall-Zeit: tff Jahre

36 Scheiben

37 Scheiben

38 Scheiben Filament Filament + eingebettete Scheibe Scheibe + adiabatischer Kern Banerjee, Pudritz & Anderson 2006 Drehimpuls durch Stöße von Gaströmungen

39 Simulation: Paul Clark (Uni Heidelberg)

40 Simulation: Paul Clark (Uni Heidelberg)

41 Turbulenz und Fragmentierung

42 Simulation: Paul Clark (Uni Heidelberg)

43 Massenverteilung der Sterne Universelle Massenverteilung der Sterne (Initial Mass Function, IMF)? Munch et al. 2002: Orion Trapezium Cluster Parametrisierung: dn(m) M -ξ dm für M > 0.5 Msol: ξ = 2.35 (Salpeter 1955)

44 Jets & Gasausflüsse

45 Rückkopplungsprozesse Jets & Gasausflüsse Stellare Winde Supernovae

46

47 HH 34, Aufnahme: VLT

48 Jets & Gasausflüsse Blandford & Payne 1982: Magnetisch-zentrifugal getriebener Jet: Winkel von Bp mit der Scheibenebene < 60 Pelletier & Pudritz 1992

49 Jets & Gasausflüsse Pudritz & Norman 1986

50 Jets & Gasausflüsse Anfangskonfiguration: rotierende Gassphäre + Magnetfeld

51 Simulation: Daniel Seifried (ITA, Uni Heidelberg)

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53 Magnetfeldlinien

54 Magnetfeldlinien

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57 Turbulenz von Jets? NGC 1333, Aufnahme: Spitzer Teleskop

58 Turbulenz von Jets?

59 Turbulenz von Jets?

60 Turbulenz von Jets?

61 Turbulenz von Jets?

62 Turbulenz von Jets?

63 Turbulenz? ohne Jets mit Jets

64 Turbulenz? ohne Jets mit Jets

65 Stellare Winde RCW 120, Aufnahme: Herschel Statellit

66 Stellare Winde Problem bei massereichen Sternen: In sphärischer Symmetrie (1D) kann der Strahlungsdruck die Gasakkretion stoppen (Eddington Limit)

67 Winde von massereichen Sternen Yorke & Sonnhalter, D: symmetrischer Ausfluss

68 Winde von massereichen Sternen Scheibe: Seitenansicht Scheibe: Draufsicht Simulation: Thomas Peters (ITA, Uni Heidelberg)

69 Winde von massereichen Sternen (HII Regionen) aus Simulationen Radiobeobachtungen

70 Supernovae Krebs Nebel, Aufnahme: HST

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73 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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