On the evolution and simulation of strange-mode instabilities
Zur Entwicklung und Simulation von Strange-Mode Instabilitäten
von Matthias Grott
Datum der mündl. Prüfung:2003-08-22
Erschienen:2003-09-17
Betreuer:Prof. Dr. Wolfgang Glatzel
Gutachter:Prof. Dr. Wolfgang Glatzel
Gutachter:Prof. Dr. Gerald Warnecke
Dateien
Name:grott.pdf
Size:6.45Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Zusammenfassung
Englisch
Sufficiently luminous objects, such as massive stars, suffer from strange mode instabilities with growth rates in the dynamical range. The boundary of the domain in the Hertzsprung-Russel diagram above which all stellar models are unstable, coincides with the observed Humphreys-Davidson (HD) limit. Moreover, the range of unstable models covers the stellar parameters for which the LBV phenomenon is observed.The high growth rates of the instabilities indicate a connection to the observed mass loss of the corresponding objects. To test this conjecture, stellar envelope models in the vicinity of the HD limit are constructed. Their linear stability properties are investigated and the evolution of the identified instabilities is followed into the non-linear regime by direct numerical simulation. The instabilities lead to stellar pulsations with velocity amplitudes that reach 50 per cent of the escape velocity. Furthermore, they transfer mass into the outer parts of the stellar envelope.For the considered models, shocks are captured in the hydrogen ionisation zone and start to oscillate on very short timescales. The origin of these shock oscillations is identified by a linear stability analysis and the construction of analytical models. For an adequate numerical treatment of this new phenomenon a domain decomposition procedure is presented. The observed mass flow leads to a reduced grid resolution in the region of the envelope that drives the pulsation. To deal with this problem, a grid reconstruction procedure is developed.
Keywords: Stellar Pulsations; Strange-Mode Instabilities; Mass Loss; Luminous Blue Variables; LBV
Weitere Sprachen
Ausreichend helle Objekte, wie zum Beispiel massereiche Sterne, weisen Strange-Mode Instabilitäten mit Anwachsraten im dynamischen Bereich auf. Die Grenze des Gebietes im Hertzsprung-Russel Diagramm, oberhalb derer alle Sternmodelle instabil sind, fällt mit dem beobachteten Humphreys-Davidson (HD) Limit zusammen. Außerdem deckt das Gebiet instabiler Modelle denjenigen Parameterbereich ab, für den das LBV-Phänomen beobachtet wird.Die hohen Anwachsraten der Instabilitäten weisen auf einen Zusammenhang mit dem beobachteten Massenverlust der zugehörigen Objekte hin. Um diese Vermutung zu untersuchen, wurden stellare Hüllenmodelle in der Nähe des HD-Limits konstruiert. Ihre Stabilitätseigenschaften wurden untersucht und die Entwicklung der identifizierten Instabilitäten wurde mit Hilfe direkter numerischer Simulationen in den nichtlinearen Bereich verfolgt. Die Instabilitäten führen zu stellaren Pulsationen mit Geschwindigkeitsamplituden, die 50 Prozent der Entweichgeschwindigkeit erreichen. Desweiteren transportieren sie Masse in die äußeren Bereiche der stellaren Hülle.Für die betrachteten Modelle werden Stöße in der Wasserstoffionisationszone eingefangen. Diese beginnen auf sehr kurzen Zeitskalen zu oszillieren. Die Ursache dieser Stoßoszillationen wird durch eine lineare Stabilitätsanalyse sowie die Konstruktion analytischer Modelle identifiziert. Für eine adäquate numerische Behandlung dieses neuen Phänomens wird ein Gebietszerlegungsverfahren präsentiert. Der beobachtete Massenfluß führt zu einer reduzierten Gitterauflösung in den Gebieten der Hülle, die die Pulsation treiben. Zur Lösung dieses Problems wird ein Gitterrekonstruktionsverfahren entwickelt.
Schlagwörter: Stellare Pulsationen; Strange-Mode Instabilitäten; Massenverlust; Luminous Blue Variables; LBV