Winde und Scheiben um Sterne

Zahlreiche astronomische Objekte sind durch physikalische Prozesse charakterisiert, die auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen ablaufen, z.B. vollzieht sich die Sternentwicklung in Zeiträumen, welche die dynamische Zeitskala eines Sterns (sog. Schall-Laufzeit) um das milliardenfache übersteigen. Ist man daher an der Langzeitentwicklung interessiert, muss man zu numerischen Simulationsmethoden greifen, die derartige Zeiträume überdecken können, sogenannte implizite Methoden, die mit großem Rechenaufwand verbunden sind. Das beantragte Projekt hat die Entwicklung und astrophysikalische Anwendung eines solchen Programms zum Ziel, mit dessen Hilfe man zweidimensionale Strömungen in axialer Symmetrie und ihre Wechselwirkung mit der Strahlung simulieren kann. Um die notwendige räumliche Auflösung zu erzielen, werden die Simulationen auf einem zu entwickelnden adaptiven Gitter durchgeführt. Die Flexibilität der gewählten Methode gewährleistet eine Vielzahl von astrophysikalischen Anwendungen, die sich in diesem Projekt auf Scheiben um Sterne und stellare Winde konzentriert. Eine Fragestellung zentriert sich auf die Pulsationen von rotierenden Sternen, die heute durch asteroseismologische Beobachtungen immer besser zugänglich werden. Das Mischen der chemischen Elemente im Sterninneren durch rotationsinduzierte Strömungen ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit derartiger Simulationen, und kann zu einem besseren Verständnis der Sternentwicklung beitragen. Beide Vorgänge finden auch in der Sternumgebung in Form eines Massenabstroms vom Stern ihre Fortsetzung. Solche stellare Winde werden bei zahlreichen Sternen beobachtet und ihre quantitative Beschreibung sowie ihre Abhängigkeit von der Rotation sind bislang nur bruchstückhaft verstanden. Bei entwickelten Sternen können in den ausgedehnten kühlen Atmosphären Staubteilchen kondensieren und die Strahlung des Sterns sehr effektiv absorbieren. Da diese Prozesse stark von Temperatur und Dichte in der Sternatmosphäre abhängen, trägt die Rotation zu einer starken Pol- Äquator-Variation bei, deren Signatur sich in der Form der später entstehenden Planetarischen Nebeln äußert. Als dritte Anwendung des neuen Programms kommt die Entstehung und Entwicklung protostellarer Scheiben in Betracht, die gerade in der letzten Zeit durch die Entdeckung zahlreicher extrasolarer Planeten neue Impulse erhalten hat. Die Langzeitentwicklung solcher Scheiben, der Drehimpulstransport in der Scheibe, die wichtige Rolle der Staubteilchen sowie die Verbindung zur Planetenentstehung in diesen Scheiben ist ebenfalls bislang numerischen Simulationen nur teilweise zugänglich gewesen. Sie bilden daher wichtige Fragestellungen des beantragten Projektes.