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status_changed: 2012-08-15 08:54:03
type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Federrath, Christoph
title: The formation of molecular clouds and stars by turbulent compression and collapse
title_de: Die Entstehung von Molekülwolken und Sternen durch turbulente Kompression und Kollaps
ispublished: pub
subjects: ddc-520
divisions: i-130001
adv_faculty: af-13
keywords: sink particles
cterms_swd: Smoothed Particle Hydrodynamics
cterms_swd: Kartesisches Gitter
cterms_swd: Turbulenz
cterms_swd: Turbulenztheorie
cterms_swd: Turbulente Strömung
cterms_swd: Numerische Mathematik
cterms_swd: Sternentstehung
abstract: Das Ziel dieser Arbeit ist, die Rolle der interstellaren Turbulenz für die Sternentstehung besser zu verstehen. Dazu wurde der Mechanismus der turbulenten Energieerzeugung, das Treiben der Turbulenz, mit Hilfe hydrodynamischer Simulationen untersucht. In einem systematischen Vergleich wurden die beiden Extremfälle turbulenten Treibens betrachtet: solenoidales (divergenzfreies) Treiben und komprimierendes (rotationsfreies) Treiben. Ich zeige, dass sowohl die Dichte-, als auch die Geschwindigkeitsstatistiken für diese beiden Fälle jeweils signifikant unterschiedlich sind. Die fraktale Struktur und die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Dichte des turbulenten Gases werden detailliert untersucht. Das Ergebnis ist eine nahezu Gaußsche Wahrscheinlichkeitsverteilung mit einer Standardabweichung, die für komprimierendes Treiben drei Mal größer ist als für solenoidales Treiben. Die Bedeutung dieses Ergebnisses für analytische Sternentstehungsmodelle wird diskutiert. Ein detaillierter Vergleich mit Beobachtungsdaten zeigt, dass verschiedene Regionen in Molekülwolken Anzeichen für unterschiedliches Treiben der Turbulenz aufweisen, wobei komprimierendes Treiben bevorzugt in expandierenden Schalen dichten Gases beobachtet wird. Um den Gravitationskollaps dichten Gases in numerischen Simulationen verfolgen zu können, wurden akkretierende 'Sink Teilchen' in den adaptiven Gittercode FLASH implementiert. Mit Hilfe der Sink Teilchen zeige ich, dass die Sternentstehungsrate durch komprimierendes Treiben um mehr als eine Größenordnung größer ist als durch solenoidales Treiben. Dies ist konsistent mit analytischen Modellen.
abstract_translated_text: The goal of this work is to improve our understanding of the role of interstellar turbulence in star formation. In particular, the mechanism of turbulence energy injection, the turbulence forcing, is investigated with hydrodynamical simulations. In a systematic comparison, I study the two limiting cases of turbulence forcing: solenoidal (divergence-free) forcing and compressive (curl-free) forcing. I show that these two cases yield significantly different gas density and velocity statistics. The fractal structure of the gas and the turbulent density probability distribution function (PDF) are explored in detail. I find that compressive forcing yields a three times higher standard deviation of the roughly Gaussian density PDF. I discuss the impact of this result on analytic models of star formation. A detailed comparison with observational data reveals that different observed regions show evidence of different mixtures of compressive and solenoidal forcing, with more compressive forcing occurring primarily in swept-up shells. To follow the gravitational collapse of dense gas in numerical simulations, I implemented accreting sink particles in the adaptive mesh refinement code FLASH. Using sink particles, I show that compressive forcing yields star formation rates more than one order of magnitude higher than solenoidal forcing, consistent with analytic models.
abstract_translated_lang: eng
class_scheme: pacs
class_labels: Accretion, Hydrodynam, Interstell, Stars, Turbulence
date: 2010
date_type: published
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00010747
ppn_swb: 630483353
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-opus-107476
date_accepted: 2010-06-07
advisor: HASH(0x55fc36c63648)
language: eng
bibsort: FEDERRATHCTHEFORMATI2010
full_text_status: public
citation:   Federrath, Christoph  (2010) The formation of molecular clouds and stars by turbulent compression and collapse.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/10747/1/federrath_phd_thesis.pdf