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The Theory of the Formation of Brown Dwarfs

Umbreit, Stefan

German Title: Theorie der Entstehung Brauner Zwerge

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Abstract

We investigate the dynamical decay of non-hierarchical accreting triple systems and its implications on the ejection model as Brown Dwarf formation scenario. A modified chain-regularization scheme is used to integrate the equations of motion, that also allows for mass changes over time as well as for momentum transfer from the accreted gas mass onto the bodies. We integrate an ensemble of triple systems within a certain volume with different accretion rates, assuming several prescriptions of how momentum is transferred onto the bodies. We follow their evolution until the systems have decayed. We find that the formation probability of Brown Dwarfs depends strongly on the assumed momentum transfer which is related to the motion of the gas. Due to ongoing accretion and consequent shrinkage of the systems, the median escape velocity is increased by a factor of 2 and the binary separations are decreased by a factor of 5 compared with non-accreting systems. Furthermore, the obtained semi-major axis distribution drops off sharply to either side of the median, which is also supported by observations. However, the disks around the ejected Brown Dwarfs seem to have too low accretion rates and masses to account for many of the observed disks in typical low-mass star-forming regions. We conclude that accretion of gas and the kinematic properties of the accreted gas during dynamical interactions strongly influence the abundance as well as the dynamical properties of Brown Dwarfs and, that the ejection scenario seems to be a promising scenario to produce both, very close Brown Dwarf binaries as well as single Brown Dwarfs, whereas it seems less likely to find very long-lived accretion disks around them.

Translation of abstract (German)

Wir untersuchen den dynamischen Zerfall nicht-hierarchischer akkretierender Drei-Körper-Systeme und deren Bedeutung für das "Ejection Scenario" als Entstehungs-Szenario Brauner Zwerge. Die Bewegungsgleichungen werden mit einer modifizierten CHAIN-Regularisierungs-Methode integriert, die ebenfalls die Änderung der Masse der einzelnen Körper sowie den Impulstransport des akkretierten Gases auf die Körper berücksichtigt. Wir simulieren viele statistisch, innerhalb eines gewissen Volumens, erzeugte Drei-Körper-Systeme mit unterschiedlichen Akkretionsraten, wobei wir dabei unterschiedliche Möglichkeiten, wie das akkretierte Gas dessen Impuls auf die Körper überträgt, annehmen. Wir verfolgen die Entwicklung der Drei-Körper-Systeme bis sie zerfallen sind. Wir fanden, dass die Enstehungswahrscheinlichkeit Brauner Zwerge sehr stark abhängig ist vom angenommenen Impulsübertrag, der mit der Bewegung des Gases zusammenhängt. Wegen der permanenten Akkretion und der damit verbundenen Schrumpfung der Drei-Körper-Systeme, wurde im Vergleich mit nicht-akkretierenden Systemen der Median der Entweichgeschwindigkeiten um einen Faktor 2 vergrössert und die Abstände der Doppelsysteme um einen Faktor 5 verringert. Desweiteren fanden wir heraus, dass die erhaltene Bahn-Halbachsen-Verteilung sehr steil zu beiden Seiten des Median abfällt, was auch mit entsprechenden Beobachtungen übereinstimmt. Jedoch finden wir auch, dass die Akkretionsscheiben um unsere Braunen Zwerge zu geringe Massen und Akkretionsraten aufweisen, um viele der beobachteten Scheiben in typischen Entstehungsregionen von Sternen mit niedriger Masse zu erklären. Wir kommen zu dem Schluss, dass die Gasakkretion und die kinematischen Eigenschaften des akkretierten Gases während der dynamischen Wechselwirkung sehr stark die Häufigkeit als auch die dynamischen Eigenschaften der Braunen Zwerge beeinflusst, und, dass das "Ejection Scenario" ein vielversprechenden Modell ist, dass sowohl sehr enge Doppelsysteme als auch viele einzelne Braune Zwerge erzeugen kann, während es eher unwahrscheinlich ist, dass man um diese herausgeschleuderten Braunen Zwerge Akkretionsscheiben mit grosser Lebensdauer finden kann.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Henning, Prof. Thomas
Date of thesis defense: 6 July 2005
Date Deposited: 26 Jul 2005 09:51
Date: 2005
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Doppelstern, Sternentstehung, Vielkörperproblem, Brauner Zwerg, Akkretionsscheibe, Stellardynamik, Numerische Integration, Himmelsmechanik
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