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3D-NLTE-Linienbildung in differentiell bewegten Molekülwolken mit protostellaren Kernen und analytische Untersuchungen zur hydrodynamischen Struktur axialsymmetrischer Systeme

Müller, Patrick E.

English Title: 3D-NLTE line formation in differentially moving molecular clouds with protostellar cores and analytical investigations of the hydrodynamic structure of axisymmetric systems

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Postscript, German
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Abstract

Ziel dieses Projekts ist es, für protostellare Molekülwolken mit verschiedenen Geschwindigkeits- und Dichteverteilungen Linienprofile und -stärken zu berechnen, die unmittelbar mit räumlich und spektral aufgelösten Beobachtungen verglichen werden können. Sie sollen dazu beitragen, die physikalischen Verhältnisse protostellarer Wolkenkerne in den ersten Phasen der Sternentstehung abzuleiten. Hierbei stehen in dieser Arbeit diagnostisch wichtige Rotationsübergänge des CS-Moleküls im Vordergrund. Da bei abnehmender Dichte NLTE-Effekte immer wichtiger werden, werden die entsprechenden zeitabhängigen Ratengleichungen in selbstkonsistenter Behandlung des Strahlungstransports im kollabierenden Medium gelöst. Die Rechnungen berücksichtigen sowohl großräumige (durch Rotation und Akkretion) als auch kleinskalige (durch mikroskopische Turbulenzen verursachte) Geschwindigkeitsfelder. Auf der Basis analytischer Lösungen der 1D-Strahlungstransportgleichung wird ein Verfahren zur Berechnung der lokal emittierten Molekül-Linienintensitäten in einem kollabierenden sphärischen Medium entwickelt. Zur Berechnung der Linienemissionen aus axialsymmetrischen, differentiell rotierenden und kollabierenden Wolken, sowie zum Test der numerischen Resultate für den sphärischen 1D-Fall, wird außerdem die 3D-Strahlungstransportgleichung mittels der Methode der Finiten Differenzen numerisch gelöst. Um den Eingabe-Parameterraum eines rotierenden kollabierenden Systems einzuschränken, werden ferner für den 3D-Fall neue analytische Ausdrücke für die Dichte- und Geschwindigkeitsverteilung einer isothermen Wolke aus den hydrodynamischen Grundgleichungen hergeleitet. Diese Lösungen ergeben sich als Spezialfall aus den ebenfalls abgeleiteten Ausdrücken für entsprechende Sternwinde.

Translation of abstract (English)

The aim of this project is to calculate for protostellar molecular clouds with different velocity and density distributions line profiles and strengths, which can be directly compared with spatially and spectrally resolved observations, in order to derive the physical conditions of protostellar cloud cores in the first stage of star formation. In the centre of interest is the modeling of diagnostically important rotational transitions of the CS molecule. Since NLTE (i.e. non local thermal equilibrium) effects become more important with decreasing density, the corresponding time-dependent rate equations are solved self-consistently with respect to the radiative transfer in the collapsing medium. The calculations consider both macroscopic (from rotation and accretion) and microscopic (due to turbulences) velocity fields. Based on analytical solutions of the 1D radiative transfer equation, a method for calculating the spatially resolved molecular line intensities in a collapsing spherical medium is developed. In order to calculate the line emissions from axisymmetric, differentially rotating and collapsing clouds, as well as to test the numerical results of the spherical 1D case, the 3D transfer equation is also solved numerically by using finite differences. In order to reduce the parameter space of rotating collapsing systems in the 3D case, new analytical expressions for the density and velocity field of an isothermal cloud are derived from the basic hydrodynamic equations. One obtains these solutions as special cases of the analytical solutions for a corresponding rotating stellar wind (also derived in this paper).

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wehrse, Prof. Dr. Rainer
Date of thesis defense: 15. January 2001
Date Deposited: 26. Jan 2001 00:00
Date: 2001
Faculties / Institutes: Service facilities > Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) > Institute of Theoretical Astrophysics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Strahlungstransport, Sternentstehung, Sternwind
Uncontrolled Keywords: 3D-NLTE-Linienbildung, Protostellare Molekülwolken, CS-Rotationsübergänge3D-NLTE multi-level line formation, radiative transfer, protostellar clouds, star formation, stellar winds
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