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type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Michel, Aron
title: Modeling of Silicon Burning during late stages of Stellar Evolution
title_de: Modellierung von Siliziumbrennen während späten Phasen der Sternentwicklung
subjects: ddc-520
subjects: ddc-530
divisions: i-130300
adv_faculty: af-13
cterms_swd: Sternentwicklung
cterms_swd: Numerische Strömungsmechanik
cterms_swd: Gravitationskollaps
abstract: Recent studies with parametrized initial conditions have shown that perturbations in
the flow pattern of the progenitor might be a crucial ingredient to enable more robust
explosions in three-dimensional (3D) simulations of core-collapse supernovae. Those
perturbations naturally develop during the hydrostatic silicon and oxygen burning phases
in a star. However, the impact of perturbations in the progenitor on the dynamics of the
core-collapse supernova largely depends on their magnitude and spatial scale. Accurate
modeling of the progenitor is therefore necessary to obtain a realistic initial model.

In this work we present the first 3D simulations of silicon burning in full 4pi solid
angle. In contrast to previous work, we use the native electron capture rates on 56Fe.
With our 3D simulation we managed to cover 154.41 s with 3.9×10^6 core-hours, which
is still rather CPU-intensive. Future improvements, which would reduce the required
computational resources, are discussed in the thesis. For the 3D simulations in this
thesis, we use a standard Poisson gravity solver on a Cartesian grid, which was developed
and implemented during the course of the thesis. Additionally, we implemented different
methods for solving Poisson’s equation, which also work for curvilinear grids and scale
to a large number of processors.
abstract_translated_text: Aktuelle Studien mit parametrisierten Anfangsbedingungen haben gezeigt, dass Störungen
im Strömungsmuster des Vorgängersterns eine wesentliche Zutat sein könnten,
um zuverlässigere Explosionen in dreidimensionalen (3D) Simulationen von Kernkollaps-
Supernovae zu ermöglichen. Diese Störungen entstehen auf natürliche Weise während
den hydrostatischen Silizium und Sauerstoff Brennphasen in einem Stern. Der Einfluss
von Störungen im Vorgängerstern auf die Dynamik der Kernkollaps-Supernova hängt
ausschlaggebend von deren Stärke und dem räumlichen Ausmaß ab. Genaue Modellierung
des Vorgängersterns ist daher notwendig, um ein realistische Anfangsmodell zu
erhalten.

In dieser Arbeit präsentieren wir die ersten 3D Simulationen von Siliziumbrennen
im vollen 4pi Raumwinkel. Im Gegensatz zu bisherigen Arbeiten, verwenden wir die
tatsächlichen Raten für Elektroneneinfänge auf 56Fe. Mit unseren 3D Simulationen haben
wir es geschafft, 154.41 s mit 3.9 ×10^6 CPU Stunden zu simulieren, was immer noch recht
rechenaufwändig ist. Zukünftige Verbesserungen, wodurch die benötigten Computer-
Ressourcen reduziert werden können, werden in dieser Arbeit diskutiert. Für die 3D
Simulationen in dieser Arbeit haben wir einen standardmäßigen Poisson Gravitations-
Löser auf einem kartesischen Gitter verwendet, welcher während dieser Arbeit entwickelt
und implementiert wurde. Außerdem wurden unterschiedliche Methoden zur Lösung der
Poisson-Gleichung implementiert, die auch auf krummlinigen Gittern funktionieren und
auf eine große Anzahl Prozessoren skalieren.
abstract_translated_lang: ger
date: 2019
id_scheme: DOI
id_number: 10.11588/heidok.00025877
ppn_swb: 1654768138
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-heidok-258770
date_accepted: 2019-01-09
advisor: HASH(0x559e37cf2f48)
language: eng
bibsort: MICHELARONMODELINGOF2019
full_text_status: public
citation:   Michel, Aron  (2019) Modeling of Silicon Burning during late stages of Stellar Evolution.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/25877/1/phd_thesis_aron_michel.pdf