Zeitliche Entwicklung protoplanetarer Akkretionsscheiben im Strahlungsfeld des Zentralsterns

Feiler, Anna

Planeten entstehen in Akkretionsscheiben um junge Sterne. Allerdings bleibt die Frage, wie genau Mikrometer große Staubkörner zu Planeten anwachsen können, weiterhin Gegenstand der aktuellen Forschung. Ihr wird sowohl durch Beobachtungen der Scheiben und der daraus entstandenen Exoplaneten als auch durch die theoretische Modellierung dieser Objekte nachgegangen. Die vorliegende Arbeit untersucht die zeitliche Entwicklung protoplanetarer Scheiben mit Hilfe von hydrodynamischen Simulationen. Dabei ist die Heizung durch die Strahlung des zentralen Sterns entscheidend für die Temperaturstruktur der Akkretionsscheibe. Diesen Beitrag vollständig zu berücksichtigen ist jedoch extrem rechenintensiv. Deshalb wurden verschiedene Näherungsverfahren für den Strahlungstransport betrachtet. Um sicherzustellen,dass diese eine realistische Temperaturverteilung liefern, lag einer der Schwerpunkte der vorliegenden Arbeit im Test der Heizmodelle. Anschließend wurde der Einfluss der Sternheizung auf die Entwicklung protoplanetarer Scheiben untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass die Heizung durch die Strahlung des Zentralsterns ausgeprägte Maxima und Minima in der vertikalen Druckskalenhöhe der Akkretionsscheibe verursachen kann. Betrachtet man längere Simulationszeiträume, wird auch die radiale Verteilung von Material durch die Sternheizung beeinflusst. Zudem verursacht sie thermische Instabilitäten im Innenbereich der Akkretionsscheibe. Diese Ergebnisse sind nicht nur zur Interpretation neuester Beobachtungsergebnisse sehr interessant. Die hier gefundenen Strukturen können das radiale Migrations- und sowie Wachstumsverhalten von Planeten entscheidend beeinflussen. Zudem liefern die thermischen Instabilitäten eine mögliche Ursache der turbulenten Viskosität in der Akkretionsscheibe, welche für die gesamte Entwicklung dieser Objekte entscheidend ist.

Accretion disks around young stars are the birthplace of planets. Understanding the complex processes involved in the growth of planets from micronsized dust grains is an important challenge of modern astrophysics. It is addressed by observations of protoplanetary disks and systems of exoplanets as well as theoretical simulations of these objects. This work investigates the evolution of accretion disks around young stars using hydrodynamic simulations. In order to get realistic disk temperatures, it is very important to include the effect of radiative heating by the central star which is computationally challenging. That is why different approximations are used. Testing these approximations and making sure they provide realistic disk temperatures is a very important part of this thesis. Subsequently, the evolution of irradiated protostellar disks is investigated. Stellar irradiation causes strong local extrema in the vertical scale height. It can also change the radial distribution of material in long term disk simulations. Furthermore, stellar irradiation triggers thermal instabilities in the central region of the disk. These results can be used to interpret density structures found in recent observations of protoplanetary disks. They are also important for theoretical models of planet formation. The structures caused by the radiative heating of the disk can have a strong influence on the growth and radial migration of young planets. In addition to that, thermal instabilities can support turbulent viscosity in the disk which is crucial for disk evolution.

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Feiler, Anna: Zeitliche Entwicklung protoplanetarer Akkretionsscheiben im Strahlungsfeld des Zentralsterns. 2016.

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