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Gas Opacity in Planet and Star Formation

Malygin, Mykola G.

German Title: Die Gas Opazität in der Planeten- und Sternenenstehung

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Abstract

Opacity plays a key role in determining the structure of the heterogeneous CSM and its observable spectrum. Planet and star formation changes dust density on various spatial and time scales through gravity and turbulence, radiation field and chemistry. The following thesis presents calculations of gas opacity in the suitable parameter space, a methodology of utilising it in hybrid-type radiative transfer schemes, as well as first results on radiative transfer and thermal relaxation calculations.

The largest set of dust-free opacity in the CSM regime is presented. Improved frequency sampling yielded substantially larger (up to a factor of $10^4$ in comparison to some previous works) Planck means. The two-temperature Planck means important for determining the temperatures in the optically thin irradiated gases were tabulated. The equilibrium temperature in such media is degenerate and depends on the thermal history of the gas.

The suggested recipe to estimate the thermal relaxation time accounts for collisional coupling, which limits the relaxation in low-density regions. A fundamental lower limit to the relaxation time is set by the LTE emissivity giving $\Omega t\sim10^{-4}$ at the T Tau phase. The locations of onset of linear and the locations of operation of subcritical hydrodynamic instabilities, reckoned as turbulence drivers in magnetically inactive zones, are constrained by the relaxation criterion.

Translation of abstract (German)

Die Opazität von Gas und Staub spielt eine Schlüsselrolle bei der Bestimmung von Struktur und Strahlenspektrum von Staub-Gas-Wolken um Sterne (CSM), da hier Strahlentransport den Hauptübertragungsprozess für Energie darstellt. Das Vorherrschen von Staub in Kontinuumabsorbtion und die rechnerische Komplexität bei der Verwendung von molekularen Linienspektren hat bisher verhindert das letztere in den meisten Studien zur Planeten und Sternenentstehung Berücksichtigung fand. Diese Arbeit präsentiert die Berechnung von Gasopazitäten im entscheidenden Parameterraum, eine Methode um diese in Strahlungstransportberechnungen zu nutzen und erste Resultate von Strahlungstransport- und Temperaturausgleichsberechnungen.

Die größte Satz an staubfreien CSM-Opazitäten zeigt dank verbesserter Frequenzabtastung bis zu $10^4$ mal größere mittlere Planckopazitäten im Vergleich zu früheren Arbeiten. Mittlere Zweitemperaturplanckopazitäten sind für die Bestimmung vor allem in optisch dünnen angestrahlten Gasen wichtig. Die mittlere Temperatur, mit tabellarisierter Opazitäten bestimmt, in solchen Gasen ist degeneriert und von der Vergangenheit des Mediums abhängig. Das vorgestellte Verfahren zur Bestimmung von Temperaturausgleichszeiten berücksichtigt Stoßwechselwirkung, die den Ausgleich der Temperatur in Regionen mit wenig Gas beschränken. Eine grundsätzliche untere Schranke der Temperaturausgleichszeiten ist durch LTE-Emissionen gegeben. Die Geschwindigkeit des Temperaturausgleich beeinflusst wichtige hydrodynamische Instabilitäten die für Turbulenz in magnetisch inaktiven Zonen eine Rolle spielen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Henning, Prof. Dr. Thomas
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 3 February 2016
Date Deposited: 10 Mar 2016 13:30
Date: 2016
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Spectra, Opacity, Absorption
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