Max-Planck-Institut für Astronomie - Jahresbericht 2007

32 II. Highlights
max( p )/< g >
1000
100
10
1
0.1
0
100 200 300
Zeit t [ 1 / ]
=3.0 (BC)
=1.0 (BB)
=0.2 (BA)
400 500
Abb. II.3.2: Entwicklung der maximalen Teilchendichte in
Einheiten der mittleren Gasdichte. Gezeigt sind die Ergebnisse
für drei Modelle mit unterschiedlichem Staub-zu-Gas-
Verhältnis e.
solchen Ansammlung nicht mehr dem »Gegenwind«
des Gases ausgesetzt sind. Die Gesamtreibung für eine
Teilchengruppe ist somit geringer, als sie für alle
Teilchen zusammen als »Einzelgänger« wäre. Deshalb
driftet eine solche Gruppe nicht so schnell zum Stern.
Abb. II.3.3: Kumulative Verteilung der Teilchendichte für alle
sechs Modelle mit unterschiedlicher Kopplungsstärke t und
Staub-zu-Gas-Verhältnis e.
P (< p )
10
10 –1
10 –2
10 –3
10 –4
10
0.1
–5
s =0.1, =0.2
s =0.1, =1.0
s =0.1, =3.0
s =0.1, =0.2
s =0.1, =1.0
s =0.1, =3.0
1 10 100 1000
p /< p >
Hierbei ist zu betonen, dass die Eigengravitation des
Teilchenensembles nicht berücksichtig wurde. Es handelt
sich um einen rein dynamischen, sich selbst verstärkenden
Effekt, bei dem die Teilchen wie in einem
Stau eingefangen werden. Abb. II.3.2 zeigt, wie in den
schwach gekoppelten Modellen (also für große Teilchen)
die Dichte in einigen Turbulenzzellen anstieg. Der
Parameter ε gibt das Verhältnis der Masse aller Staubpar
tikel zur Masse des Gases innerhalb eines Ge bietes
an. Die Maximaldichte erreicht in allen drei Fällen et wa
den hundertfachen Wert der Anzahldichte der Ein zel teilchen
am Anfang der Simulation.
War das Staub-zu-Gas-Verhältnis klein und lag eine
starke Kopplung vor (kleine Teilchen), so war der
Ef fekt geringer: Der Dichteanstieg war nur mäßig und
die Staubklumpen blieben kleiner und kurz lebi ger. Im
Ex trem fall stieg die Dichte um lediglich etwa 20 Prozent.
Alle kumulativ erreichten Über dich ten zeigt Abb.
II.3.3.
Mit erhöhtem Rechenaufwand und 20 Millionen
Teilchen konnte Anders Johansen zwei Fälle auch dreidimensional
rechnen, wobei er sich auf ein würfel förmi
ges Volumen in der Scheibe beschränkte. In dem Fall
kleiner Teilchen und eines geringen Staub-zu-Gas-Verhält
nisses (entsprechend Abb. II.3.1) erkennt man deutlich,
wie die Staubfilamente in die Länge gezogen werden
(Abb. II.3.4).
Abb. II.3.4: Dreidimensionale Entwicklung der Teilchendichte in
dem Fall, der in Abb. II.3.1 für zwei Dimensionen gezeigt ist.