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Perturbation approach for the radiative transfer equation for 3D moving media and application to accretion disks

Kryzhevoi, Nikolai

German Title: Stoerungstheoretische Behandlung der Strahlungstransportgleichung in dreidimensionalen, bewegten Medien und Anwendung auf Akkretionsscheiben

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Postscript, English
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Abstract

Die mehrdimensionale Strahlungstransportgleichung wird mit Hilfe einer stoerungstheoretischen Methode geloest, wobei sich die vollstaendige Loesung durch eine Reihe von 1D Loesungen ergibt. Da die Loesungen von Stoerungen hoeherer Ordnung explizit angegeben werden koennen und die Verfahren, die fuer die Loesung der Gleichung 0. Ordnung verwendet werden, groesstenteils analytisch sind, ist der entsprechende Code effizienter als gewoehnliche mehrdimensionale Strahlungstransportprogramme. Um den dabei involvierten iterativen Prozess zu untersuchen, wird das Strahlungsfeld einer geometrisch duennen, langsam rotierenden Akkretionsscheibe berechnet. Die Methode stellt eine Verbesserung gegenueber solchen Methoden dar, die die Akkretionsscheibe als ein System von unabhaengigen Ringen betrachtet, da die Wechselwirkung der Ringe bei den Stoerungen hoeherer Ordnung beruecksichtigt wird. Der Einfluss von radialen Gradienten, Geschwindigkeitsfeldern u.a. auf das Linienprofil wird diskutiert. Desweiteren wird unter der Annahme der Zwei-Strom-Naeherung, die analytische Loesung der planparallelen Strahlungstransportgleichung fuer eine Vielzahl von Verteilungen des Abregungskoeffizienten $epsilon$ gefunden. Eine neue Methode fuer die Loesung dieser Gleichung mit stochastisch verteiltem $epsilon$ wird vorgeschlagen. Ausserdem erlaubt uns eine verbessert Separationsmethode ('separable approximation'), die Loesung der planparallelen Strahlungstransportgleichung ohne Winkel- und Raumdiskretisierung schnell und genau zu finden.

Translation of abstract (English)

The multidimensional radiative transfer equation is solved by means of a perturbation approach in which the full solution is represented by a sequence of 1D solutions. Since the solutions of the higher perturbation orders are given explicitly, and the methods used for the solution of the zero order equation are largely analytical, the corresponding code is more efficient than general multidimensional radiative transfer codes. To examine this iterative procedure the radiation field of a geometrically thin slowly rotating accretion disk is calculated. The method is the improvement of those methods which treat the accretion disk as a system of independent rings because the interaction of the rings is taken into account in the higher perturbation orders. The influences of radial gradients, velocity field etc. on the line profile are discussed. Furthermore, under assumption of the two-stream approximation the analytical solution of the plane-parallel radiative transfer equation is found for a large variety of the internal distribution of the de-excitation coefficient $varepsilon$. A new method for the solution of the equation with the stochastic $varepsilon$ is proposed. In addition, an improved separable approximation method enable us to obtain fast and accurate solution of the basic plane-parallel radiative transfer equation without angle and space discretization.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Rainer (Prof. Dr.), Wehrse
Date of thesis defense: 31 October 2001
Date Deposited: 05 Nov 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, Akkretionsscheibe
Uncontrolled Keywords: radiative transfer , accretion disk
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