Englische Übersetzung des Titels: Linear stability analysis of selfgravitating accretion disks

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Abstract

Die Existenz äußerst leuchtkräftiger Quasare bei sehr großen Rotverschiebungen, in deren Zentren Schwarze Löcher mit Massen bis über 10^9 Sonnenmassen vermutet werden, führt auf die Frage nach dem Ursprung solcher Objekte. Das in dieser Arbeit betrachtete Modell für die Entstehung Schwarzer Löcher geht von einer Verschmelzung zweier gasreicher Galaxien und einer daraus resultierenden Scheibenakkretion aus. Unter Verwendung einer turbulenten beta-Viskosität kann das Problem der erforderlichen kurzen Entwicklungszeitskalen gelöst werden. Bei der Simulation eines solchen massereichen Systems muss die Eigengravitation der Scheibe berücksichtigt werden. Bisher wurde die Poisson-Gleichung mittels einer einfachen Approximation, der Monopolnäherung, gelöst. Ziel dieser Arbeit ist, das Akkretionsscheibenmodell derart zu modifizieren, dass eine akkurate und numerisch effiziente Behandlung der Gravitation möglich wird. Der Einfluss der unterschiedlichen Methoden zur Berechnung der Gravitation auf die Simulationsergebnisse wird mittels linearer Stabilitätsanalyse untersucht. Dabei wird ein Parameterbereich, in dem stabile Scheibenevolutionen simuliert werden, eingeschränkt. Das entwickelte Modell wurde auf zwei unterschiedliche Scheibentypen angewandt, auf Scheiben in Aktiven Galaxienzentren und auf protostellare Akkretionsscheiben, um so die Bildung des während des Akkretionsprozesses entstehenden Zentralobjekts zu untersuchen. Im besonderen Blickpunkt steht dabei das Wachstum massereicher Schwarzer Löcher.

Übersetzung des Abstracts (Englisch)

There exist luminous quasars at high redshifts which are presumably powered by accretion onto central black holes with masses beyond 10^9 M_sun. This poses the question of the origin of these objects. The model which is employed in this thesis assumes an initial merger of two gas rich galaxies with subsequent disk accretion. The required shortness of the evolution time scales are achieved by utilizing a turbulent beta-viscosity. Simulating such a massive system necessitates the inclusion of selfgravity effects. However, current approaches use solutions of the Poisson equation only in the crude monopole approximation. The aim of this work is to modify the accretion disk model such that an accurate and efficient treatment of gravity becomes possible. Different approaches to implement gravity are investigated using a linear stability analysis. Thereby a parameter range can be restricted in which stable disk evolutions are simulated. The model is applied to two different kinds of disks, AGN disks and protostellar disks, in order to investigate the formation of the central object that evolves from the accretion process. In doing so the focus is addressed to the growth of supermassive black holes.