Simulation einer zirkumplanetaren Scheibe

Beitrag zum Fulldome Festival 2018 in Jena
von T. Müller1), E. Bopp1), H. Klahr1), A. Krieger2), und S. Wolf2)

Neugeborene Sterne sind von einer Scheibe aus Gas, Eis und Staub umgeben. Diese Scheibe bildet das Baumaterial für Planetensysteme. Das durch Kollisionen verursachte Wachstum der Körner und die Gravitationsakkumulation immer größerer Objekte entstehen planetarische Embryonen, die das umgebende Gas anziehen, was zur Bildung einer zirkumplanetaren Scheibe und Hülle führt. Hier geben wir einen visuellen Eindruck davon, wie astrophysikalische Simulationen die Dynamik solcher Systeme aufzeigen.

Vorschau des Vollkuppel-Videos
Vorschau des Vollkuppel-Videos

Das Vollkuppelvideo enstand aus einer Kooperation zwischen dem Max-Planck-Institut für Astronomie1) Heidelberg und dem Institut für Theoretische Physik und Astrophysik2) der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel.

Auszeichnung: Fulldome Festival Finalist 2018

Storyboard

Einleitung
Planeten werden in Scheiben aus Staub und Gas geboren, die junge Sterne umgeben. Unser eigenes Sonnensystem wurde auf diese Weise geboren. Astromonen konnten solche Scheiben mit Infrarotstrahlung und Radiowellen beobachten.
Simulationsgebiet
Um eine solche Scheibe zu simulieren, teilen die Astronomen den Raum in separate Zellen auf. Mit leistungsfähigen Computern berechnen sie, wie sich Materie von einer Zelle zur anderen bewegt und wie die Strahlung des Zentralsterns die Eigenschaften des wirbelnden Gases und Staubes beeinflusst.
Volumenvisualisierung
Diese Momentaufnahme aus einer Simulation zeigt die Dichte des Gases und des Staubes. Können Sie den kleinen hellen Fleck sehen? Das ist ein Planet, der sich bildet. Der junge Planet hat das gesamte Gas und den Staub entlang seiner Umlaufbahn gesammelt und eine Ringstruktur geschaffen. Es hat auch Gas und Staub so gestört, dass ein charakteristisches Spiralmuster entstanden ist.
Teilchenbahnen (global)
Diese Visualisierung zeigt, wie sich die Materie innerhalb der Scheibe bewegt, die den jungen Stern mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten umkreist.
Teilchenbahnen (lokal)
Hier ist eine kleinere Region um den jungen neugeborenen Planeten gezeigt. Der Planet stört die Bewegung der Materie in seiner direkten Nachbarschaft, indem er ein wirbelndes Muster erzeugt und immer mehr Gas und Staub auf sich zieht.
Teilchendarstellung
In dieser nächsten Visualisierung stellen wir das Gas und den Staub durch kleine Partikel dar und zeigen ihre Bewegung innerhalb der Scheibe. Simulationen wie diese versprechen Antworten auf einige der grundlegendsten Fragen über unsere kosmische Nachbarschaft. Wie ist unser eigenes Sonnensystem entstanden? Was ist der Ursprung unseres Heimatplaneten - der Erde?

Text: M. Pössel, Sprecher: V. Carpenter

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