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Time-dependent galactic winds

By Daniel Steiner

Abstract

Kontext: Untersuchung der Charakteristika von galaktischen Winden bei Simulation von multiplen Supernovaexplosionen. Weiters wird der Einfluss von Diffusion untersucht.\ud Ziele: Zeitlich versetzten Supernova-Explosionen führt zur Ausbildung von multiplen Schockwellen. Ziele sind es eine Skalenhöhe zu definieren, in welcher sich die Schocks zu einer starken Stoßfront verbinden. Weiters werden die zeitabhängigen Wind-Charakteristika untersucht.\ud Methoden: Ein impliziter hydrodynamischer (HD) Code wird verwendet, um den galaktischen Wind innerhalb einer bestimmten Flussröhrengeometrie zu simulieren. Die inneren Randbedingungen werden mit Hilfe der sogenannten Kompaneets-Approximation modelliert, welche eine analytische Beschreibung einer expandierenden Superbubble in einer exponentiell geschichteten Atmosphäre ist.\ud Ergebnisse: Die zeitabhängigen Schocks (vorlaufender und rücklaufender Schock sowie eine Kontaktdiskontinuität) werden sehr gut aufgezeigt. Weiters konnte die Verbindungs-Skalenhöhe festgelegt werden (ungefähr 5 Kiloparsec). Außerdem wird die Zeitentwicklung der einzelnen Schocks ausführlich diskutiert und zeigt ganz klar, dass alle Schockfronten zusammenlaufen und sich zu einer Stoßfront verbinden. Bei Betrachtung der Rückwirkung des galaktischen Windes auf die innere Randbedingung der Superbubble zeigt sich, dass die Schocks abschwächen und nach einiger Zeit verschwinden, welches ein Abflauen des galaktischen Windes zur Folge hat. Interessanterweise schafft es der Wind im Falle einer hydrostatischen Anfangskonfiguration, weiter auszuströmen als im Falle \ud einer Wind-Anfangsverteilung.\ud Schlussfolgerung: Supernova-Explosionen und die daraus resultierenden Stoßwellen sind sehr wahrscheinlich der Schlüsselprozess, um die beobachtete Energieverteilung der kosmischen Strahlungspartikel zu verstehen.Context: Investigation of the flow features of galactic winds, if multiple supernova explosions are simulated. Furthermore the influence of diffusion is discussed.\ud Aims: Subsequent supernova explosions lead to shock waves which are propagating outwards along the galactic wind. One goal is to investigate the scaleheight, at which the shocks are merging to a single strong shock. Another aim is to examine and discuss the various time dependent flow features.\ud Methods: An implicit hydrodynamical (HD) code will be used to simulate galactic wind flows within an adapted fluxtube geometry. The inner boundary conditions are modelled by using the so-called Kompaneets approximation, which is an analytical description of an expanding superbubble in an exponentially stratified atmosphere.\ud Results: The time-dependent shock structures (forward and reverse shock as well as a contact discontinuity) have been confirmed. Furthermore the merging scaleheight could be determined (approximately 5 kiloparsec). The time evolution of the various shocks is also discussed in detail and shows clearly the merging process of the flow features. If galactic wind feedback on the properties of the inner boundary is considered, the galactic outflow will terminate as soon as the shocks are too weak to accelerate the gas. Noticeable is that the wind propagates further, if the undisturbed medium is assumed to be hydrostatic.\ud Conclusions: Supernovae explosions and its subsequent propagating shock waves are very likely to be the key process in understanding the observed cosmic ray (CR) energy spectrum

Topics: 39.22 Astrophysik, 39.43 Interstellare Materie, 39.29 Theoretische Astronomie: Sonstiges, 39.41 Extragalaktische Systeme, Galaxien, Galaxie / Evolution / Galaktische Winde / Ausflüsse / ISM / Kompaneets / Hydrodynamische Simulation / Kosmische Strahlung, galaxy / evolution / galactic winds / outflows / ISM / Kompaneets / hydrodynamical simulations / cosmic rays
Year: 2012
OAI identifier: oai:othes.univie.ac.at:23294
Provided by: OTHES

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