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Importance of the initial conditions for star formation

Girichidis, Philipp

German Title: Bedeutung der Anfangsbedingungen für die Entstehung von Sternen

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Abstract

This thesis investigates the impact of the initial conditions on present-day star formation. Using numerical simulations, we follow the gravitational collapse of dense molecular clouds under different initial turbulent motions and initial density distributions. Our analysis focuses on the morphology of the cloud, the time and location of the formation of stars, the energetics during the collapse, the formation of clusters including their internal structure, their accretion behaviour as well as their mass distribution. The morphology of the cloud and the total number of stars are strongly influenced by the initial type of turbulence and the initial density profile. The results range from almost unperturbed cores with a single star to strongly filamentary cores with hundreds of stars in disconnected clusters. The internal structure of protostellar clusters is systematically but not significantly influenced by the initial conditions. Concerning the accretion rates as well as the dynamical interactions of stars within the clusters, we observe a fairly uniform behaviour, not reflecting the large variations in the initial conditions. The simulations presented in this thesis were performed using the grid-based code FLASH, developed mainly at the University of Chicago.

Translation of abstract (German)

Die folgende Arbeit befasst sich mit dem Einfluss der Anfangsbedingungen auf die Sternentstehung im heutigen Universum. Mit Hilfe numerischer Simulationen wird der gravitative Kollaps dichter Molekülwolken und die resultierende Entstehung von protostellaren Objekten untersucht. Es wird analysiert, wie sich Variationen der anfänglichen Turbulenz sowie der Dichteverteilung des Gases während der Kontraktion auf wesentliche Kenndaten der Sternentstehung auswirken. Dazu gehören die Morphologie der kollabierenden Wolke, die Entstehungszeit sowie der -ort der Sterne, die energetische Entwicklung der Wolke, die Bildung von Sternhaufen sowie deren interne Struktur, das Akkretionsverhalten und die Massenverteilung der Sterne. Die Morphologie der Wolke sowie die Anzahl der Sterne zeigen eine besondere Empfindlichkeit gegenüber dem anfänglichen Dichteprofil und der Art der Turbulenz. Die Ergebnisse reichen von unveränderten Dichtestrukturen und einem einzigen Stern bis hin zu stark deformierten Wolken mit hunderten von Sternen und lokal entkoppelten Sternhaufen. Einen leichten systematischen Einfluss der Anfangskonfiguration findet sich in der internen Struktur der Sternhaufen. Bei der Akkretionsrate im Inneren dieser Sternhaufen zeigt sich hingegen ein sehr universelles Bild, nahezu unabhängig von den Anfangsbedingungen. Ähnliches lässt sich in Bezug auf die dynamische Entwicklung der Sternhaufen sagen. Die hier vorgestellten Rechnungen wurden mit Hilfe des gitterbasierten Codes Flash der Universität Chicago durchgeführt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Banerjee, Prof. Dr. Robi
Date of thesis defense: 27 June 2012
Date Deposited: 01 Aug 2012 11:14
Date: 2012
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute for Theoretical Physics
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Sternentstehung, Hydrodynamik, Sternhaufen, Turbulente Strömung, Gravitation, Direkte numerische Simulation
Uncontrolled Keywords: initial conditions , star formation , turbulence , star cluster , hydrodynamics
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