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The Chemo-Dynamical Evolution Of Dwarf-Galaxy Discs
Matthias Kühtreiber
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Gerhard Hensler
DOI
10.25365/thesis.38691
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30323.48094.633763-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Implementierung von Sternentstehung in numerischen Simulationen auf galaktischen Skalen und kosmologischen Strukturen ist nach wie vor sehr problematisch und Experimente diesbezüglich sind notwendig. Der Grund dafür sind physikalische Prozesse, die wegen der limitierten Genauigkeit und Rechenleistung nicht aufgelöst werden können.
In den letzten Jahrzehnten wurden viele verschiedene Methoden entwickelt und erfolgreich angewendet.
Nichtsdestoweniger sind wir immer noch in der Testphase, vor Allem was die Wahl von Parametern angeht, die Simulationen beeinflussen.
Um dieses Problem näher behandeln zu können, präsentieren wir N-körper/SPH Simulationen von isolierten Zwerggalaxien für zwei verschiede Sternentstehungsrezepte, eines mit den weit verbreiteten Schwellwerten zur Sternentstehung und ein weiteres, abgeleitet aus Gleichungen zur Selbstregulierung.
Mögliche Werte für freie Parameter und der Glättungslänge von SPH-Teilchen wurden genauer betrachtet.
Für diese Untersuchungen wurde die öffentlich verfügbare Version von Gadget-2 verwendet, mit selbst implementierter Physik und einphasen Gasdynamik.
Außerdem wurden die Ergebnisse mit einem mehrphasen N-körper/SPH Code ''cdSPH'' verglichen, der in unserer Gruppe entwickelt wurde, mit gleicher Kühlung und stellarem Feedback, wohingegen das interstellare Medium getrennt ist in die beiden dominierenden Gasphasen
Diese können sich unabhängig voneinander dynamisch und energetisch entwickeln, sind aber dennoch über nich frei parametrisierbare Widerstandskräfte und Massenaustausch aneinander gekoppelt.
Es werden Unterschiede in den Sternentstehungsraten, der Gasdynamik und der chemischen Entwicklung der einzelnen Komponenten diskutiert. Die Ergebnisse lassen vermuten, dass freie Parameter wie beispielsweise die Kühlungs-Abschaltzeit, starken Einfluss auf die verschiedenen Sternentsteungsrezepte haben, mit zum Teil unterschiedlichen Stärken.
Das System reagiert sehr sensibel auf die Wahl der gravitativen Dämpfungslänge, was auch Sternentstehungsrezepte verschieden beeinflussen kann, je nachdem wie die Dichte und/oder das Volumen des Sternentstehungsgebiets eingeht. Wenn die Supernovaenergie zu hoch gewählt wird, kann ein solches Zwerggalaxiensystem mit Leichtigkeit auseinander gerissen werden.
Überraschenderweise treten plötzliche Starbursts in dieser isolierten Zwerggalaxie auf. Größere Gebiete werden instabil und kollabieren, wodurch 10^5 bis 10^6 Sonnenmassen innerhalb nur weniger Myr erzeugt werden. Dies ist nur zu beobachten, wenn die Kühlungs-Abschaltzeit klein gewählt wird. Vergleiche zwischen der Ein- und Mehrphasenbeschreibung zeigen starken Einfluss auf die Sternentstehungrate. Außerdem ist in der Einphasenbeschreibung die Menge an hinausgetriebenem Material von der Zentralregion eindeutig geringer im Vergleich zur Mehrphasenbeschreibung, was ebenfalls die chemische Entwicklung beeinflusst.
Abstract
(Englisch)
The implementation of star formation in numerical simulations on galaxy scales and cosmological structures is still a matter of much debate and multiple indispensable experiments. The reason for this are the irresolvable physical processes on sub-grid scales. A large variety of different methods have been developed and applied over the last decades. Nevertheless, we are still in the test phase in which way the choice of parameter sets are affecting the simulation results.
In order to examine this issue further, we present N-body/SPH simulations of isolated dwarf galaxies for two different star-formation recipes, one with the commonly used star-formation threshold parameters and one derived under the assumption of self-regulation equations. Further emphasis has been put on possible choices of free parameters and the smoothing length of SPH particles. For these studies we use the public version of Gadget-2 with self-implemented sub-resolution physics as a single-phase gas description. Moreover, we directly compare these results with a multi-phase Nbody/SPH code ''cdSPH'', developed in our group, where the same sub-resolution physics as e.g. gas cooling and stellar feedback by energy and chemical yields, have been implemented, while the interstellar medium is divided into the two dominating gas phases. These are allowed to evolve dynamically and energetically separately, but are coupled by not freely parameterizable drag and mass exchange. Here we will discuss differences in star-formation rates, gas dynamics, and chemical evolution of the different components. Our results suggest that artificial parameters, like e.g. the cooling shutoff time, strongly influence the different star formation recipes with varying strengths. The system reacts very sensitively on the choice of the gravitational softening length, which can also influence star-formation recipes in different ways, depending on how the density and/or the star-formation volume is implemented. If the supernova efficiency is chosen too high, a dwarf galaxy system can easily get torn apart. Surprisingly, sudden starbursts are found in this isolated dwarf galaxy simulation, where large regions become unstable, collapse and produce 10^5 to 10^6 solar masses, within just a few Myr. This occurs only for short cooling shutoff times. Comparisons between the single- and multi-phase descriptions show
a strong impact on the star-formation rate. Additionally, in the single-phase model, the amount of ejected gas from the central region is clearly lower due to the inherent mixing compared to the multi-phase simulations, which also affects the chemical enrichment of the system.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
dwarf galaxies chemo-dynamic SPH Gadget-2 numerical simulations multi-phase gas description
Schlagwörter
(Deutsch)
Zwerggalaxien Chemodynamik SPH, Gadget-2 Numerische Simulationen Multi-Phasen Gasbeschreibung
Autor*innen
Matthias Kühtreiber
Haupttitel (Englisch)
The Chemo-Dynamical Evolution Of Dwarf-Galaxy Discs
Paralleltitel (Deutsch)
Die Chemo-Dynamische Entwicklung von Zwerggalaxienscheiben
Publikationsjahr
2015
Umfangsangabe
145 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Gerhard Hensler
AC Nummer
AC12673627
Utheses ID
34276
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |