dc.contributor.advisor |
Werner, Klaus |
de_DE |
dc.contributor.author |
Nagel, Thorsten |
de_DE |
dc.date.accessioned |
2003-08-14 |
de_DE |
dc.date.accessioned |
2014-03-18T10:11:31Z |
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dc.date.available |
2003-08-14 |
de_DE |
dc.date.available |
2014-03-18T10:11:31Z |
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dc.date.issued |
2003 |
de_DE |
dc.identifier.other |
107330814 |
de_DE |
dc.identifier.uri |
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-opus-8804 |
de_DE |
dc.identifier.uri |
http://hdl.handle.net/10900/48491 |
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dc.description.abstract |
Akkretionsscheiben beobachtet man in so unterschiedlichen
Objekten wie protoplanetaren Systemen, Kernen aktiver Galaxien, kataklysmischen
Variablen oder Röntgendoppelsternen. Sie generieren hierbei mitunter einen
Großteil der Leuchtkraft des Gesamtsystems, weshalb eine realistische
physikalische Beschreibung der Akkretionsscheibe zunehmend an Bedeutung
gewinnt, um die immer besser werdenden Beobachtungsdaten
analysieren zu können. Ziel dieser Arbeit ist es,
ein Modell zu entwickeln, das die Berechnung synthetischer Spektren und
Vertikalstrukturen von Akkretionsscheiben unter möglichst exakter
Berücksichtigung der in der Akkretionsscheibe ablaufenden physikalischen
Prozesse erlaubt.
Eine detaillierte strahlungshydrodynamische Behandlung der
Akkretionsscheibe in allen drei Raumrichtungen gelingt auf Grund des
numerischen Aufwandes derzeit allerdings noch nicht. Im Falle einer
geometrisch dünnen alpha-Scheibe (Shakura & Sunyaev 1973), bei der die
Scheibendicke sehr viel kleiner ist als der -durchmesser, lassen sich
jedoch Radial- und Vertikalstruktur entkoppeln. Unter der Annahme von
Axialsymmetrie und durch die Unterteilung der Scheibe in konzentrische
Ringe vereinfacht sich so die Bestimmung der Vertikalstruktur deutlich. Die
in jedem Scheibenring dissipativ erzeugte Energie wird abgestrahlt, der
Energiefluss kann als Effektivtemperatur ausgedrückt werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Programmpaket AcDc (Accretion Disc code),
bestehend aus den Programmen AcDc-LTE, AcDc-NLTE und AcDc-MakeDisk, zur
detaillierten Berechnung der Vertikalstruktur und des Spektrums einer
Akkretionsscheibe entwickelt. Die Gleichungen des radiativen und
hydrostatischen Gleichgewichts sowie die Ratengleichungen für die
Besetzungszahlen der atomaren Niveaus werden hierbei konsistent mit der
Strahlungstransportgleichung unter der Voraussetzung von Teilchenzahl- und
Ladungserhaltung gelöst. Die Bestrahlung der Akkretionsscheibe durch das
Zentralobjekt kann berücksichtigt werden. Anschließend werden die
Spektren der einzelnen Scheibenringe mit AcDc-MakeDisk zu einem
kompletten Scheibenspektrum für verschiedene Inklinationswinkel
aufintegriert und die Spektrallinien entsprechend der Radialkomponente der
Keplerrotation dopplerverbreitert.
Eines der mit Hilfe des entwickelten Programmpakets untersuchten Objekte
ist AMCVn, der Prototyp einer Klasse von Doppelsternsystemen mit zwei
wechselwirkenden Weißen Zwergen und einer nahezu nur aus Helium bestehenden
Akkretionsscheibe um den Primärstern.
Es wird gezeigt, dass sich die radiale Ausdehnung der Akkretionsscheibe
deutlich auf das Spektrum auswirkt. Ein größerer Außenradius führt auf
Grund der größeren und zugleich kühleren strahlenden Fläche zu
einer Zunahme der Stärke von Spektrallinien des neutralen Heliums im Vergleich zu
denen des ionisierten Heliums. Auch die Inklination hat
großen Einfluss auf das Spektrum. Je größer der Inklinationswinkel ist,
also je flacher der Blick auf die Scheibe, desto stärker werden die
Spektrallinien auf Grund der größer werdenden Radialkomponente der
Keplergeschwindigkeit rotationsverbreitert. Eine Änderung der
Reynoldszahl, die die Viskosität parametrisiert, um zwanzig Prozent hat
keine erkennbaren Auswirkungen auf das Spektrum.
Als weiteres Objekt wird 4U1626-67 betrachtet. Hierbei handelt es sich um einen
ultrakompakten Röntgendoppelstern, bestehend aus einem Weißen Zwerg und
einem Neutronenstern, dessen Akkretionsscheibe keine Anzeichen
von Wasserstoff oder Helium zeigt, sondern aus Metallen besteht. Die
vorgestellten Modelle sind hierbei die ersten detaillierten Rechnungen, die
für derartige wasserstoff- und heliumarme Scheiben gemacht worden sind. Untersucht
wird insbesondere der Einfluss der Einstrahlung vom Zentralobjekt auf die
Vertikalstruktur und das Spektrum der Akkretionsscheibe. Es
zeigt sich, dass Einstrahlung zu einer deutlichen Temperaturerhöhung in
den äußeren Schichten führt, außerdem schlagen zahlreiche
Absorptions- in Emissionslinien um. Aus dem Vergleich eines HST
UV-Spektrums mit Modellspektren ergibt sich, dass nur ein Modell mit
Einstrahlung das beobachtete Spektrum, insbesondere die Emissionslinien von
O V und C IV, wiedergeben kann. |
de_DE |
dc.description.abstract |
Accretion disks are components of objects as diverse as protoplanetary
systems, active galactic nuclei, cataclysmic variables or X-ray binaries.
Often, a high fraction of the luminosity of these systems is generated by
the accetion disk itself.
To understand these objects and interpret the observational data of
increasingly high quality a realistic physical model of the accretion disk
is therefore necessary. The aim of this thesis is the development of a
model for the calculation of synthetic spectra and vertical structures
of accretion disks. The physical processes in the disk should be
considered as accurate as possible.
A full three-dimensional detailed radiation hydrodynamic treatment is
presently still impossible due the enormous numerical costs. In the case of a
geometrically thin alpha-disk (Shakura & Sunyaev 1973), where the disk thickness
is smaller than the disk diameter, the radial and vertical structures can be
decoupled. Under the assumption of axial symmetry and
by deviding the disk into concentric rings the determination of
the vertical structure becomes a one-dimensional problem. The dissipated
energy in each disk ring is radiated away at the disk surface, the energy
flux can be expressed as effective temperature.
In the context of this work the program package AcDc (Accretion Disc code),
consisting of the programs AcDc-LTE, AcDc-NLTE and AcDc-MakeDisk, has been developed
for the detailed calculation of the vertical structures and the spectra of
accretion disks. The equations of radiative and hydrostatic equilibrium as well as the rate
equations for the population numbers of the atomic levels are solved
consistently with the radiation transfer equation under the constraint
of particle number and charge conservation. Irradiation of the
accretion disk by the central object can also be considered.
Subsequently, AcDc-MakeDisk integrates the spectra of the individual disk rings
to a complete disk spectrum for different inclination angles,
and the spectral lines are Doppler broadened according to the radial
component of the Kepler rotation.
One of the objects examined with the developed program package is AMCVn,
the prototype of a class of binary systems with two interacting White
Dwarfs and an accretion disk, almost entirely composed of helium, around
the primary star. It could be shown that the radial extension of the
accretion disk strongly affects the spectrum. Due to the larger and at the
same time cooler radiating surface, a larger outer radius leads to an
increase of the spectral line strengths of neutral helium compared to
those of ionized helium. The inclination also has a considerable influence
on the spectrum. The larger the inclination angle, the stronger the
spectral lines are broadened due to the increasing radial component of the
Kepler velocity. A change of the Reynolds number, which parameterizes
the viscosity, by 20 per cent does not have a significant effect on the
spectrum.
Another object analyzed is 4U1626-67, an ultracompact X-ray binary,
consisting of a white dwarf and a neutron star. Its accretion disk does not
show signs of hydrogen or helium, but consists of metals. The models shown
here represent the very first detailed calculations of hydrogen and helium
deficient accretion disks performed so far. In particular, the influence of
the irradiation of the central object on the vertical structure and the
spectrum of the accretion disk is examined.
Irradiation leads to a strong rise in temperature in the outermost
layers. Additionally, numerous absorption lines turn into emission. From
comparison of a HST UV spectrum with model spectra it follows that only a
model with irradiation can reproduce the observed spectrum, in particular
the emission lines of O V and C IV. |
en |
dc.language.iso |
de |
de_DE |
dc.publisher |
Universität Tübingen |
de_DE |
dc.rights |
ubt-podok |
de_DE |
dc.rights.uri |
http://tobias-lib.uni-tuebingen.de/doku/lic_mit_pod.php?la=de |
de_DE |
dc.rights.uri |
http://tobias-lib.uni-tuebingen.de/doku/lic_mit_pod.php?la=en |
en |
dc.subject.classification |
Akkretionsscheibe , Astrophysik , Spektrum |
de_DE |
dc.subject.ddc |
530 |
de_DE |
dc.subject.other |
Vertikalschichtung , AMCVn |
de_DE |
dc.subject.other |
accretions disk , synthetic spectrum , vertical structure , AMCVn |
en |
dc.title |
Synthetische Spektren und Vertikalschichtungen von Akkretionscheiben |
de_DE |
dc.title |
Synthetic Spectra and Vertical Structures of Accretion Disks |
en |
dc.type |
PhDThesis |
de_DE |
dcterms.dateAccepted |
2003-07-18 |
de_DE |
utue.publikation.fachbereich |
Sonstige - Mathematik und Physik |
de_DE |
utue.publikation.fakultaet |
7 Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät |
de_DE |
dcterms.DCMIType |
Text |
de_DE |
utue.publikation.typ |
doctoralThesis |
de_DE |
utue.opus.id |
880 |
de_DE |
thesis.grantor |
12/13 Fakultät für Mathematik und Physik |
de_DE |