Dynamische und thermische Entwicklung von Gas und Staub in protoplanetaren Scheiben.

• Antragsteller: Dr. Mario Flock
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495235860

Wie, wo und wann genau entstehen Planeten. Dies sind Fragen welche die Wissenschaftler seit Jahrhunderten beschäftigen. Heute wissen wir das Planeten sich in jungen zirkumstellaren Scheiben als Teil des Sternenentstehungsprozess bilden. In dieser auch proto-planetaren genannten Scheibe müssen wir die Entwicklung der Gas- und Staubpartikel untersuchen um die Antworten der Planetenentstehung zu finden. In den letzten Jahrzehnten haben wir mithilfe von neusten theoretischen Modellen und modernsten Beobachtungen vieles von den Physikalischen Prozesses gelernt welche proto-planetaren Scheiben bestimmen. Mikrometer Staubteilchen sind für die Heiz und Kühlprozesse in der Scheibe verantwortlich da sie die Sternenstrahlung im optischen absorbieren und im Infraroten zurückstrahlen Die sich daraus ergebende Temperaturstruktur bestimmt die Druckskalenhöhe und Gasdichte. Das Dichteprofil wiederum bestimmt die Bewegung der Staubteilchen, wie schnell die Staubteilchen sedimentieren und wo sie konzentriert werden können. Die vielversprechendsten Gebiete der Planetenentstehung sind lokale Druck Maxima welche in verschiedenen Regionen der Scheibe auftreten können. Das Konzept ist einfach: Staubteilchen driften zu Regionen des maximalen Drucks, wobei die Driftgeschwindigkeit von Ihrer Größe abhängt. In lokalen Druckmaxima werden Staubteilchen konzentriert und somit fördern diese Region das Wachstum zu größeren Planetesimalen. Die Entwicklung der Staubdichte und des Temperatur Profil in protoplanetaren Scheiben ist ein entscheidender Schlüssel um die Konzentration der Staubteilchen zu verstehen. Mit diesem Projekt planen wir theoretische Modelle zu entwickeln welche es erlauben Strukturentstehung sowie die thermische Entwicklung in einem nie dagewesenen Detail zu untersuchen. Mit Strahlungs-hydrodynamischen Simulationen des Gases und Staubes, zum ersten mal mit Einbeziehung der Staubopazität gekoppelt mit der Staub-Bewegung, werden wir in der Lage sein die wichtigsten Physikalischen Prozesse zu modellieren. Besonderer Fokus liegt in der Studie der thermischen Welleninstabilität (TWI), eine Instabilität welche aufgrund der Einstrahlung an der Scheibenoberfläche und der hydrodynamischen Antwort erfolgt. Die Fähigkeit der TWI die Dichte und Temperatur der Scheibe zu ändern, welches zu Dichteschwankungen führt ist hier von höchstem Interesse da sich hier Staubteilchen verdichten und weiterwachsen. Weiter planen wir die Ergebnisse mit Staubentwicklungsmethoden zu koppeln um besser Vorhersagen über die Staubgröße zu machen. Schließlich erlauben die Ergebnisse synthetische Beobachtungen mit einer bisher nie dagewesenen Detailreiche zu erstellen. Multi-Wellenlängen Beobachtungen zeigen deutliche Ringe und Lücken in den Emissionsprofilen. Könnte die TWI dafür verantwortlich sein? Wie beeinflusst die TWI die Migration von Staubteilchen und Protoplaneten? Diese und weitere Fragen wollen wir mit diesem Projekt beantworten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Tilman Birnstiel
• Kooperationspartner: Dr. Takahiro Ueda