Large Eddy Simulationen von selbstgravitierenden Akkretionsscheiben

Seit Mitte des letzten Jahrhunderts hat sich der Gedanke etabliert, dass der gravitative Kollaps von Molekulwolken durch Erhaltung des in ihnen vorhanden Drehimpulses zur Bildung einer scheibenartigen Struktur und damit u.a. zum Geburtsort unseres Sonnensystems fuhrt. Dieser Entstehungsprozess ist einer ganzen Reihe von Objekten gemein und kann auf den unterschiedlichsten Grosenskalen erfolgen. Das eigentliche Problem ist die Umverteilung des Drehimpulses, ohne die es keine Entwicklung zu beispielsweise einem Hauptreihenstern geben kann. Das Aufsammeln von Material durch das Zentralobjekt wird als Akkretion bezeichnet. Der Mechanismus der Akkretion spielt in der Astrophysik eine entscheidende Rolle, da die Akkretionsscheibe ebenfalls den "Motor" der aktiven galaktischen Kerne bildet. Durch innere Reibung wird Gravitationsenergie sehr effizient dissipiert, so dass sie zu den leuchtkraftigsten Objekten im Universum gehoren. Sie spielen damit eine entscheidende Rolle in der Entstehung von Galaxien und haben somit auch einen Einfluss auf die kosmologische Entwicklung. Der Fakt, dass wir diese Objekte beobachten konnen, bedeutet, dass sie sich mindestens auf Zeitskalen kleiner als das Weltalter entwickelt haben mussen, was eine durch molekulare Prozesse vermittelte innere Reibung (Viskositat) ausschliest. Die Effekte waren um viele Grosenordnungen zu gering, weshalb seit langem Konsens daruber besteht, dass eine durch Turbulenz hervorgerufene Viskositat erforderlich ist. In dieser Arbeit wird sich dieser Problematik dahingehend genahert, dass die seit einigen Jahrzehnten etablierten sehr einfachen Parametrisierungen einer turbulenten Viskositat durch eine allgemeinere Theorie, die auf die jeweils vorherrschende Stromungsgegebenheit Rucksicht nimmt, zu ersetzen. Hierbei wird die Methode der Large Eddy Simulation (LES) verwendet, die grose Verbreitung in der Meteorologie und den Ingenieurwissenschaften gefunden hat und ebenfalls zunehmend bei astrophysikalischen Fragestellungen eingesetzt wird. Obwohl die darin enthaltenen Methoden ebenfalls heuristischer Natur sind, haben sie den Vorteil, dass sie einerseits durch Vergleich mit Experimenten ihre Daseinsberechtigung untermauern konnen und zweitens an die tatsachlich in der Simulation auftretende Turbulenz ruckkoppeln. Fur die Untersuchung werden Akkretionsscheiben mit und ohne dominantes Scheibenpotential jeweils im klassischen Ansatz und mit der LES durchgefuhrt. Die ansonsten identischen Modelle werden eingehend analysiert. Es zeigt sich dabei, dass die auftretenden Akkretionsraten teilweise starke Ahnlichkeiten aufweisen und ebenfalls zu einem annahernd gleichen Massenwachstum des Zentralobjektes fuhren. Um den Nachteil von zweidimensionalen Modellen wett zu machen, werden ebenfalls rotationssymmetrische und flache Modelle untereinander verglichen. Auch hier zeigt sich tendenziell ein ahnliches Verhalten, was als Rechtfertigung fur den Ansatz verstanden werden kann. Bei den flachen Modellen treten verstarkt nicht achsensymmetrische Instabilitaten auf, die das gesamte Verhalten der Scheibe stark beeinflussen.