Strahlung-Hydrodynamische Modelle von durch Photoevaporation getriebenen Winden unter Beruecksichtigung der chemischen Zusammensetzung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Barbara Ercolano, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325594231

Die Entstehung von Planetensystem aus dem zirkumstellaren Material, welches junge, sonnenähnliche aber auch massenärmere Sterne umgibt, ist ein komplexer Prozess, der eng mit der Entwicklung und dem Auflösen der zirkumstellaren Scheibe an sich verknüpft ist.Die hochenenergetische Strahlung des jungen, aktiven Sterns spielt dabei eine wichtige Rolle für die Entwicklung der Scheibe. Insbesondere Röntgenstrahlung, welche tief in das Gas eindringen kann, ionisiert dieses, wodurch es mit den Magnetfeldern koppeln kann, die die Scheibe durchziehen. Weiterhin heizt die Röntgenstrahlung die Atmosphären der Scheiben auf, sodass starke, photoevaporative Winde entstehen. In Phase I der Forschungsgruppe hat unsere Gruppe eine der umfassendsten und fortgeschrittensten Sammlungen (> 400 Modelle) an zweidimensionalen strahlungshydrodynamischer Photoevaporationssimulationen erstellt, in welcher Scheiben verschiedenster Eigenschaften modelliert wurden. Dies beinhaltet unterschiedliche Stern- und Scheibenmassen, Röntgenleuchtkräfte der Sterne, die Größe des innersten Lochs der Scheibe sowie die Elementenhäufigkeit in der Gasphase. Diese Modelle sind daher eine wichtige Zutat für Planeten- und Scheibenentstehungsmodelle und wir planen, diese extensiv in Phase II zu nutzen. Wir wollen die wahre Natur der sogenannten Übergangsscheiben, also Scheiben mit Löchern im innersten Teil, durch Scheibenpopulationsmodelle enthüllen.Angesichts der besonderen Bedeutung einer korrekten Beschreibung von Photoevaporation für die wissenschaftliche Gemeinschaft, planen wir eine Reihe von Tests durchzuführen, die unsere Methode validieren sollen. Hierfür werden wir eine Reihe von zweidimensionalen, strahlungshydrodynamischer Simulationen durchführen, in denen gleichzeitig chemische Netzwerke gelöst werden. Mit den neuen Methoden und Codes, die in Projekt B2 während Phase I entwickelt wurden (Grassi et al. 2020), sind wir ideal aufgestellt, um weitere offene Fragen bezüglich der Diskrepanz zwischen verschiedenen in der Literatur berichteten Modellen (z. B. Wang & Goodman, 2017; Nakatani et al. 2018ab) zu beantworten. Abschließend werden wir als Erste anhand dreidimensionaler strahlungshydrodynamischer Simulationen das Zusammenspiel von Photoevaporation und der Entstehung von Gasplaneten erforschen. Hierdurch werden wir den Einfluss von Photoevaporation auf die Akkretionsströme von sich formenden und nach innen wandernden Gasplaneten untersuchen können, welche sich innerhalb einer Region von 1-80 Astronomischer Einheiten um den Zentralstern befinden, in der Photoevaporation durch Röntgenstrahlung am effektivsten ist. Dabei werden wir nicht nur ein besonderes Augenmerk auf dessen Einfluss auf die Migration von Gasplaneten legen, sondern auch auf den Transport von Staub und Gas durch die sog. planetarische Lücke. In Zusammenarbeit mit Projekt B2, wird durch die Analyse von Winddiagnostiken nach möglichen Spuren dieses Prozesses in Beobachtungsdaten gesucht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2634: Übergangsscheiben: Zeugen der Planetenentstehung
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Mitverantwortliche: Dr. Tommaso Grassi; Professor Dr. Wilhelm Kley (†)
• Kooperationspartner: Dr. James Owen