English Title: The absorption properties of primordial matter and their application to the structure and stability of stationary accretion discs

Preview

PDF, German Download (8MB) | Terms of use

Abstract

Primordiale Materie besteht vorwiegend aus den Elementen Wasserstoff und Helium mit kleinen Beimengungen von Lithium. Es wurde bislang angenommen, daß die Berücksichtigung von Wasserstoff und Helium allein für die Berechnung der Opazität ausreicht. Lithium beeinflußt jedoch die Opazität indirekt durch eine Verschiebung des chemischen Gleichgewichts, andererseits durch die Absorption von atomarem Lithium und Lithiumhydrid, LiH. Die Abweichungen erreichen bis zu zwei Größenordnungen, verglichen mit Lithium-freier Opazität. Daraus resultierende mögliche Veränderungen im Kühlverhalten primordialer Materie werden kurz diskutiert. Die vorliegenden Rechnungen stellen die ersten Opazitätsrechnungen für primordiale Materie unter 1000 K dar. Die mit dieser Opazität berechneten Akkretionsscheiben zeigen oberhalb von 10^4 K nahezu das gleich Verhalten wie heutige Akkretionsscheiben. Darunter zeigen sie jedoch Abweichungen, die die Unterschiede in der Opazität reflektieren: Oberhalb von Akkretionsraten von 10^{-5} M_0 yr^{-1} existiert optisch dicke Akkretion, dominiert durch CIA (kollisionsinduzierte) Absorption, während darunter die äußeren Gebiete optisch dünn sind und dann entweder isotherm bei 3440 K aufgrund eines starken Temperaturgradienten in der Opazität akkretieren oder molekülliniendominiert weiter kühlen. Unterhalb von 10^{-5} M_O yr^{-1} geht in den äußeren Gebieten die Annahme des chemischen Gleichgewichts verloren. Es werden zusätzlich zur bekannten H^--Instabilität zwei weitere thermische Instabilitäten gefunden. Für eine dieser Instabilitäten ist eine Bedingung für chemothermische Instabilitäten erfüllt. Aufgrund der fehlenden Staubabsorption in primordialer Materie könnten die primordialen Akkretionsscheiben erheblich stärkere Ausbrüche aufgrund der H^--Instabilität induzieren, die die Akkretionsrate um 3 Größenordnungen erhöhen können.

Translation of abstract (English)

Primordial matter mainly consists of hydrogen and helium with a small amount of lithium. Taking into account contributions to the opacity from hydrogen and helium only has been assumed to be sufficient so far. Lithium, however, influences the opacity indirectly through a change in chemical equilibrium due to absorption of atomic lithium and lithium hydride. The differences reach two orders of magnitude, compared with zero-metallicity, lithium-free opacity. Possible changes in the cooling of primordial matter are being addressed shortly. These opacity calculations are the first to extend the temperature range below 1000 K. Accretion disc models calculated with this opacity show a good agreement with today's accretion discs for temperatures larger than 10^4 K. Below that temperature there are major differences, reflecting the change in opacity: For accretion rates above 10^{-5} M_O yr^{-1} we find optically thick, CIA (collision induced) absorption dominated accretion. Below there is optically thin accretion either by molecule line absorption or isothermal accretion at 3440 K resulting from a temperature locking due to a drastic change in opacity. Subsequently, the assumption of chemical equilibrium is lost with decreasing accretion rate. We find in addition to the well known H^--instability two additional thermal instabilities in the optical thin regime. At least for one of them the condition for chemo-thermal instability is fulfilled. Due to the lack of dust absorption in primordial matter primordial disks are likely to show much stronger outbursts showing an increase of accretion rate of three orders of magnitude.