Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2145
Main Title: Explorative Approach to the Dust Evolution in Binary Star Systems
Translated Title: Untersuchung zur Approximation der Staubentwicklung in binären Sternsystemen
Author(s): Köllein, Carsten
Advisor(s): Sedlmayr, Erwin
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Diese Arbeit diskutiert die Staubentwicklung in einem binären Stern-System. Dieses System besteht aus einem Mira-artigen Stern und einem braunen Zwerg. Ein Mira-artiger Stern ist ein Stern mittlerer Masse, der sich in einer späten Phase der Sternentwicklung auf dem asymptotischen Riesen Ast (AGB) befindet. Ein brauner Zwerg ist ein substellares Objekt mit einer Masse, die unterhalb der Grenze zur Aufrechterhaltung einer Wasserstoff-Fusionsreaktion liegt. In ihren radial pulsierenden, erhöhten und konvektiven Atmosphären entwickeln Mira-Sterne oft starke stellare Winde, die durch den Strahlungsdruck auf den Staub zu einem erheblichen Massenverlust des Sterns führen. Stellare Winde sind von zentraler Bedeutung für die Entwicklung von mittelschweren AGB-Sternen. Ebenfalls sind sie eine zuverlässige Quelle für die Produktion von Staub- Partikeln und schweren Elementen für das interstellare Medium sowie die chemische Entwicklung von Galaxien. In der Tat, die meisten Sterne befinden sich im Binär -oder multiplen Stern-Systemen. Für eine hinreichende Beschreibung dieser Phänomene besteht daher die Notwendigkeit, die Staubbildung eines Sternes auf den Störeinfluss eines zweiten Sternes zu erweitern, der sich in der Nähe eines AGB-Sternes mit einem stark stellaren Wind befindet. Diese Zielsetzung steht in einer langen Tradition der wissenschaftlichen Untersuchung der Staubbildung am Zentrum für Astronomie und Astrophysik (ZAA) an der technischen Universität Berlin. Die in dieser Arbeit verwendete methodische Beschreibung der Korngrössenverteilungs- Funktion anhand von Momenten, soll neben anderen wissenschaftlichen Arbeiten eine wichtige Grundlage für die Umsetzung einer zeitabhängigen Beschreibung von Staubnukleationen, Wachstum und Verdunstung innerhalb einer selbst-konsistenten hydrodynamischen Modellrechnung von AGB-Sternen sein. Auf der Basis profitabler wissenschaftlicher Quellen der Einzel-Sternentwicklung diskutieren wir unter anderem die drei wichtigsten Komponenten für die Staubentwicklung in Hinblick auf eine höher dimensionale Erweiterung, die für die Untersuchung von stellaren Winden in einem binären Sternsystemen von Bedeutung ist. Die wichtigsten hierbei zu nennenden Komponenten sind der Strahlungstransport in der stellaren Atmosphäre und in der sich entwickelnden Atmosphäre des binären Sternsystems, die hydrodynamische Komponente, die den Massentransport zwischen den Sternen beschreibt und die chemische Komponente, die den Staubentwicklungsprozess charakterisiert. Diese Arbeit konzentriert sich hierbei insbesondere auf die Eigenschaften der Mira-artigen Sterne, die sich in ihrer Entwicklung in der letzten und hellsten Phase befinden, bevor sie ihre äusseren Schichten als planetarischen Nebel abstossen. Die Eigenschaften der Pulsation, die chemische Zusammensetzung ihrer Atmosphären und die möglichen Schlussfolgerungen aus jüngsten Beobachtungen sind daher wichtig für die weitere Betrachtung innerhalb dieser Arbeit. Hierbei diskutieren wir insbesondere die relevanten physikalischen Begriffe der stellaren Atmosphäre und ihrer Dynamik hinsichtlich der Entwicklung und des Wachstums von Staub, unter dem Einfluss eines strahlungsgetriebenen Windes innerhalb eines binären Sternsystems.
This thesis discusses dust formation in binary systems, in particular for binary systems consisting of a Mira like star and a brown dwarf. A Mira-like star is an intermediate mass star in a late stage of their stellar evolution on the Asymptotic Giant Branch (AGB), and a brown dwarf, is a sub-stellar object with a mass below that necessary to maintain hydrogen-burning nuclear fusion reactions in their cores. In their radial pulsating elevated convective atmospheres, Mira-stars often develop strong stellar winds, which are driven by radiation pressure on the dust and lead to a substantial mass-loss of the star. Stellar winds are of central importance for the development of medium-heavy-AGB stars. Also, they are a reliable source for the production of dust particles and heavy elements for the interstellar medium and the chemical evolution of galaxies. In fact, most stars are in binary or multiple star systems.For a complete description of the processes of dust formation in binary star systems it is necessary to study the perturbative influence of a second star in the vicinity of a AGB-star with a strong stellar wind. This endeavour is embedded in a long standing tradition of scientific investigation of dust formation at the Zentrum für Astronomie und Astrophysik (ZAA) at the Technical University of Berlin. In this work we use a method which describes the dust complex by moments of the grain size distribution function, which among other works is a key stone for implementation of a time dependent description of dust nucleation, growth, and evaporation into self-consistent hydrodynamical model calculations of AGB-stars. Based on this profitable scientific source of single star evolution, we discuss, among others, the three main components relevant to dust formation in terms of a higher dimensional extension, necessary for the investigation of stellar winds in a binary system. These main components are the radiative transfer processes occurring in the stellar atmosphere and in the final resulting common envelope, the hydrodynamical part, relevant for the mass transfer between the stars and the chemistry component which characterises the dust development. This work focuses in particular on the properties of the Mira-like stars that are in their development in the last and brightest stage, before they release their outer layers as planetary nebulae. The properties of the pulsation, the chemical composition of their atmospheres and the possible conclusions from recent observations are therefore important for further consideration within this work. Here we will discuss in particular the relevant physical concepts of the stellar atmosphere and its dynamics, in terms of the development and growth of dust, under the influence of a radiation-driven wind in a binary star system.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-22183
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2442
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2145
Exam Date: 27-Mar-2009
Issue Date: 8-May-2009
Date Available: 8-May-2009
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Binäres Sternsystem
Staubentwicklung
Binary star system
Dust evolution
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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