Observing dust grain growth andsedimentation in circumstellar discs

Sauter, Juergen

In the present thesis, the observational effects of dust grain growth and sedimentation in circumstellar discs are investigated. The growth of dust grains from some nanometres in diameter as found in the inter- stellar medium towards planetesimal bodies some meters in diameter is an important step in the formation of planets. However, this process is currently not entirely un- derstood. Especially, in the literature several ‘barriers’ are discussed that apparently prohibit an effective growth of dust grains. Hence, it is of particular interest to compare theories and observational data in this respect. State-of-the-art radiative transfer techniques allow one to derive observable quantities from theoretical models that allow this comparison. In this thesis, generic tracers of dust grain growth in spatially high resolution multi-wavelength images are identified for the first time. Further, a possibility to detect a dust trapping mechanism for dust grains by local pressure maxima using the new interferometer, ALMA, is established. By fitting parametric models to new observations of the disc in the Bok globule CB 26, unexpected features of the system are revealed, such as a large inner void and the possibility to interpret the data without the need for grain growth. In the same way, new observations and their interpretation of IRAS 04302+2247 provide evidence for the first time for radial dependent settling of dust grains in images. Moreover, in this thesis the applicability of the T Tauri disc paradigm to the high-mass disc candidate IRAS 18151-1208 is demonstrated.

In der vorliegenden Dissertation werden die beobachtbaren Effekte von Staubkorn- wachstum und -sedimentation in zirkumstellaren Scheiben untersucht. Das Wachstum von Staubpartikeln in der Gr ̈oße von einigen Nanometen, wie sie im interstellaren Medium zu finden sind, hin zu Planetesimalen mit einigen Metern Durchmesser ist ein wichtiger Prozess im Zuge der Entstehung von Planeten. Allerd- ings ist dieses Wachstum gegenwa ̈rtig nicht vollst ̈andig verstanden. Insbesondere werden in der Fachliteratur einige Schranken diskutiert, die ein effektives Wachstum von Staubk ̈ornern zu verhindern scheinen. Daher ist es von besonderer Bedeutung, Theorien und Beobachtungsdaten in diesem Zusammenhang miteinander zu verglei- chen. Strahlungstransportmethoden auf dem aktuellen Stand der Technik gestatten es, aus theoretischen Modellen Beobachtungsgr ̈oßen abzuleiten, die einen solchen Vergleich erlauben. In dieser Arbeit werden zum ersten Mal generische Indikatoren des Staubkorn- wachstums in ra ̈umlich hochaufgelo ̈sten Bildern mehrerer Wellenl ̈angen identifziert. Zudem wird eine M ̈oglichkeit aufgezeigt, die es gestattet, mit Hilfe des neuen In- terferometers ALMA die Spuren von durch lokale Gasdruckmaxima eingefangenen Staubko ̈rnern zu erkennen. Durch Bestimmung der Parameter geeigneter Modelle anhand neuer Beobachtungs- daten der Scheibe im Bok-Globulus CB 26 werden neue unerwartete Eigenschaften des Systems, wie ein großer, zentraler staubfreier Bereich und die Mo ̈glichkeit, die Beobachtungsdaten ohne die Annahme von Staubkornwachstum zu interpretieren, enthu ̈llt. EbensoerlaubenneueBeobachtungenundderenDeutungvonIRAS 04302+2247 zum ersten Mal einen Hinweis in Bildern auf radiusabh ̈angige Sedimen- tation von Staubk ̈ornern. Daru ̈berhinaus wird die Anwendbarkeit des Scheibenkonzeptes von T Tauri Ster- nen auf IRAS 18151-1208, einem massereichen Protostar, gezeigt.

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Sauter, Juergen: Observing dust grain growth andsedimentation in circumstellar discs. 2011.

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