Erstellung eines mehrdimensionalen Frameworks zur Kalibrierung von Wolf-Rayet-artigen Massenausflüssen

• Antragsteller: Dr. Andreas Sander
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496854903

Sowohl im frühen frühen Universum als auch heutzutage ist das kurze aber dynamische Leben massereicher Sterne entscheidend für die Entwicklung ganzer Galaxien. Die immense Leuchtkraft solcher Sterne ermöglicht es ihnen ihre Umgebung zu ionisieren sowie ihre eigenen Hüllen in Form eines sogenannten Sternwindes abzutragen. Diese strahlungsgetriebenen Sternwinde beeinflussen sowohl die umgebende interstellare Materie als auch den Entwicklungspfad des Sterns selbst.Am Ende ihres Lebens kollabieren massereiche Sterne zu exotischen, kompakten Objekten wie Neustronensternen und Schwarzen Löchern. Ob dieser Kollaps von einer Supernova begleitet wird und welches kompakte Objekt entsteht, wird wesentlich durch die finale Masse des Sterns bestimmt, für deren Ermittlung wiederum eine quantitative Beschreibung des vorangegangenen Massenverlusts eine tragende Rolle spielt. Im heutigen Zeitalter der Gravitationswellen-Astronomie werden mehr und mehr Verschmelzungsereignisse solcher kompakten Objekte gemessen, und die Notwendigkeit den Einfluss und die Entwicklung massereicher Sterne zu verstehen nimmt dementsprechend stetig zu. Dieses Projekt widmet sich einem wichtigen Puzzleteil für die Entwicklung massereicher Sterne: Klassische Wolf-Rayet-Sterne (WR-Sterne) sind entwickelte Sterne auf dem Weg zum Kernkollaps mit besonders starken Winden. Ihr Massenverlust ist so stark, dass er maßgeblich die Masse und das finale Schicksal des Sterns bestimmt.Trotz der zentralen Bedeutung von WR-Sternen für die moderne Astrophysik sind die qualitativen und quantitativen Erkenntnisse über die Prozesse, die ihre Winde antreiben und beschleunigen, bisher eher rudimentär, was zu signifikanten Unsicherheiten in Sternentwicklungs- und Sternpopulations-Modellen führt. Hintergrund ist die schwierige Bestimmung der WR-Parameter (z.B. Windstruktur, Massenverlust, Spektrum), die komplizierte numerische, strahlungshydrodynamische Berechnungen erfordert. Bisher haben hohe numerische Kosten detaillierte Simulationen jenseits eindimensionaler stationärer Modelle verhindert. In diesem Projekt verbinden wir zwei hochaktuelle Fortschritte in der WR-Modellierung, um die bisherigen Einschränkungen zu überwinden und das erste Set aus zeitabhängigen, dreidimensionalen WR-Windmodellen und ihrer Spektren zu erstellen.Herzstück des Projekts ist dabei eine Revision der Berechnungsmethode für die Strahlungskraft, mit der eine neue Perspektive für die numerische Behandlung von WR-Winden in hydrodynamischen Codes geschaffen wird. Wir werden die neue Methode implementieren, testen und mit aktuellen Ansätzen abgleichen, bevor schließlich ein ganzes Modellgitter entsteht, welches einen großen Bereich an Massen, Leuchtkräften, Radien und Metallizitäten abdecken wird. Mit diesem Gitter wird es möglich sein den Massenverlust von WR-Sternen neu zu parametrisieren und eine ausführliche Spektrenbibliothek zu erstellen, welche auch dazu dienen wird einen detaillierten 1D-Spektralanalysecode zu kalibrieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien, Großbritannien, USA
• Kooperationspartner: Dr. Levin Hennicker; Nathaniel Kee, Ph.D.; Dr. Nicolas Moens; Professor Jon Sundqvist, Ph.D.; Professor Dr. Jorick Vink