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Numerical Simulations on the Formation of Massive Star Clusters

Geyer, Michael Peter

German Title: Numerische Simulationen zur Entstehung von massereichen Sternhaufen

English Title: Numerical Simulations on the Formation of Massive Star Clusters

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PDF, German
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Abstract

Die Entstehung von massereichen gebundenen Sternhaufen in Molekülwolken ist ein Wettrennen zwischen effizienter Sternentstehung und energetischen Rückkopplungsprozessen massereicher Sterne. Diese unterbinden den Sternentstehungsprozeß und treiben das Restgas aus dem System. Der Einfluß des Gasausstoßes auf die dynamische Entwicklung von Sternentstehungsregionen wurde untersucht. Bei kollisionsfreien numerischen N-Körperrechnungen wurde der Gasausstoß aus einem gebundenen System aus Sternen und umgebenden Gas durch ein externes Potential beschrieben. Die Sternhaufen bleiben nur dann gebunden, wenn entweder die Sternentstehungseffizienz wesentlich höher ist als die in der Galaxis typische, wenn die Zeitskala des Gaausstoßes ein mehrfaches der dynamischen Zeitskala beträgt oder wenn sich das System anfangs nicht im virialen Gleichgewicht befand. Deswegen wurde außerdem die Entstehung von Sternhaufen aus anfänglich kalten, turbulenten Molekülwolken untersucht. Zur numerischen Simulation des Gases wurde 'Smoothed Particle Hydrodynamics' mit einer idealisierenden Beschreibung der Sternentstehung verwendet. Die Sterne selbst werden wieder mittels kollisionsfreier N-Körperrechnung beschrieben, die Rückkopplung wird durch thermisches Heizen des umgebenden Gases simuliert. Die Sternentstehungseffizienz der kollabierenden und fragmentierenden Molekülwolke und damit die Gebundenheit des resultierenden Systems wird wesentlich beeinflußt von der Zeitverzögerung zwischen der Bildung der Sterne und dem Einsetzen der Rückkopplung, sowie von dem gewählten globalen Dichtekriterium, das bestimmt zu welchem Zeitpunkt sich die Sterne während des Kollapses der Wolke bilden.

Translation of abstract (English)

The formation of massive bound stellar clusters in molecular clouds is a race between efficient star formation and energetic feedback processes by high mass stars, which cancel star formation and expel the residual gas. The influence of gas expulsion on the dynamical evolution of star forming regions, initially consisting of a bound system of stars and gas, is investigated. Collisionless numerical N-body calculations were performed, describing the gas expulsion by a time variable external potential. Bound clusters will only result, if the star formation efficiency is considerably higher than the typical observed efficiencies in the Galaxy, if the gas expulsion timescale is several times longer than the dynamical timescale or if the system initially is not in virial equilibrium. Therefore the formation of clusters from initially cold turbulent molecular clouds is investigated, using smoothed particle hydrodynamics with an idealized star formation description. Stars are treated as collisionless N-bodies and feedback is implemented by thermally heating the surrounding medium. In the collapsing and fragmenting molecular cloud the star formation efficiency and thus the boundness of the resulting system strongly depends on the time delay between the formation of stars and the time when feedback from the stars begins and on a chosen global density criterion, which determines when stars form during the collapse of the cloud.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Burkert, Dr. Priv.- Andreas
Date of thesis defense: 13. February 2002
Date Deposited: 25. Mar 2002 00:00
Date: 2002
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Astrophysik, Hydrodynamik, Sternentstehung, Freie-Lagrange-Methode, Sternhaufen
Uncontrolled Keywords: Molekülwolken , N-Körperrechnungmolecular clouds , N-body
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