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Initial Conditions and Collapse of Prestellar Cores

Lang, Bernd

German Title: Anfangsbedingungen und Kollaps prästellarer Kerne

Postscript, English
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Prestellar Cores are created by the interaction of a turbulent velocity field and gravity. On large scales turbulence supports molecular clouds against gravity. But on small scales turbulence is able to create dense structures by locally converging flows. Eventually these structures may be captured by their own gravity and decouple from the turbulent flow. This mechanism creates the initial conditions for the formation of stellar objects. Due to the stochastic nature of turbulent velocity fields every prestellar core is unique in its shape and internal dynamics. This pecularity in the initial conditions is transformed via the collapse into an individuality of the resulting stellar systems: single stars, binaries and multiple systems. As a result, we expect the statistical features of stellar populations to be controlled by this peculiar properties of prestellar cores. I developed a method using the the typical turbulent velocity fields of molecular clouds to create prestellar cores. For the numeric simulations a 'Smoothed Particle Hydrodynamics' Code is used including a special simplified treatment for the created protostars. The hydrodynamical star formation simulation consists of three stages. The pre-collapse stage forms the prestellar cores and drives the velocity and density fields into dynamical equilibrium so that the resulting cores are physically consistent initial condition. During the collapse phase itself the contraction, fragmentation and heating of the gas is calculated. In the post-collapse phase accretion and the impact of interactions with other protostellar objects are analysed. In this way an ensemble of 22 individual simulations was analysed. The statistical characterisation of the resulting stellar population is consistent with the current observational data and yields a natural explanation for the second peak at the low mass end of the initial mass function.

Translation of abstract (German)

Prästellare Kerne entstehen durch die Interaktion von Gravitation und turbulenten Geschwindigkeitsfeldern. Obwohl die Turbulenz auf großen Skalen dem gravitativen Kollaps molekularer Wolken entgegenwirkt und ihn signifikant verzögert, können lokal durch konvergierende Flüsse stark verdichtete Strukturen entstehen, die durch ihre Eigengravitation gebunden sind und in diesem Sinne vom turbulenten Fluss entkoppelt sind. Dieser Mechanismus schafft somit die Anfangsbedingungen für die Entwicklung stellarer Objekte. Auf Grund der stochastischen Eigenschaft turbulenter Geschwindigkeitsfelder ist jeder prestellare Kern einzigartig in seiner Form und internen Dynamik. Dieser individuelle Charakter führt nach dem Kollaps auch zu individuellen Ergebnissen: Einzelsterne, Doppelsterne und Multisysteme. Das heisst, die statistischen Eigenschaften von Sternpopulationen werden wesentlich durch den individuellen Charakter der Anfangsbedingungen bestimmt. Es wurde eine Methode entwickelt, die die für Molekühlwolken typischen Geschwindigkeitsfelder nutzt um prästellare Kerne zu erzeugen. Zur numerischen Simulation des Gases wurde ``Smoothed Particle Hydrodynamics'' mit einer idealisierenden Beschreibung der erzeugten Protosterne verwendet. Die durchgeführten Sternentstehungssimulationen umfassen drei Phasen: Eine Präkollapsphase, die die Dichtestrukturen prästellarer Kerne nachbildet sowie deren Dichte- und Geschwindigkeits-Feld in ein dynamisches Gleichgewicht bringt, so dass eine natürliche und physikalisch konsistente Anfangsbedingung entsteht. In der eigentlichen Kollapsphase wurden Kontraktion und Fragmentation bis zum ersten protostellaren Objekt berechnet. In einer Postkollapsphase wurden Akkretion und Wechselwirkung der protostellaren Objekte untersucht. Ein Ensemble von 22 individuellen Simulationen wurde auf diese Weise erstellt und die resultierende Sternpopulation mit den aktuellen Beobachtungsdaten verglichen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Andreas, Dr. Burkert
Date of thesis defense: 25 June 2003
Date Deposited: 11 Jul 2003 12:16
Date: 2003
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Sternentstehung, Turbulenz, Gravitationskollaps, Doppelstern
Uncontrolled Keywords: prästellare Kerne , Akkretionsscheiben , Protosterne , SPH , Hydrodynamikprestellar cores , accretion disks , protostar , SPH , hydrodynamic
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