Dissertation
Materietransport in Akkretionsscheiben
(Matter Transport in Accretion Discs)
Christof Keller
Zusammenfassung:
Die zeitabhängige Berechnung von Akkretionsscheiben erfordert
die Überbrückung von Zeitskalen, die viele Größenordnungen
über den Zeitschrittweiten bisher veröffentlichter Scheibencodes
liegen, so dass limitierte Rechnerresourcen die theoretische Behandlung
dieser Objekte gravierend einschränken. Effizientere Algorithmen sind
daher erforderlich. Da sich die physikalischen Rahmenbedingungen in kosmischen
Akkretionsscheiben stark voneinander unterscheiden können, müssen
numerische Algorithmen an ein bestimmtes Problem angepasst werden. In dieser
Arbeit wurden verschiedene Algorithmen implementiert und getestet. Eines
der implementierten Splitting-Verfahren konnte zur 1D-Simulation von Überschallströmungen
in Scheiben um schwarze Löcher effizient genutzt werden. Zur 2D-Simulation
von Unterschallströmungen der in dieser Arbeit näher untersuchten
protostellaren Scheiben konnte ein weiteres Splitting-Verfahren und ein
für dieses Problem erstmals eingesetztes Druckkorrekturverfahren zumindest
in einigen Fällen mit gesteigerter Effizienz eingesetzt werden. So
konnten numerische Simulationen von Flussstrukturen in protostellaren Scheiben
durchgeführt und durch analytische Näherungen höherer Ordnung
ergänzt werden. Für Scheibenmodelle mit einer α-Parametrisierung
der Viskosität ergaben sich hierbei meridionale Flussstrukturen, die
bereits von anderen Autoren beobachtet wurden und die im Gegensatz zu stationären
Einzonenmodellen auch auswärtsgerichtete Strömungen in der Zentralebene
von Akkretionsscheiben zulassen. In einer Fallstudie konnte gezeigt werden,
dass die meridionalen Flussstrukturen Auswirkung auf die Durchmischung von
Materie in protostellaren Scheiben haben können, die sich beispielsweise
in der Zusammensetzung von Kometen wiederspiegelt.
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