{"id":29414,"date":"2022-09-26T06:18:58","date_gmt":"2022-09-26T06:18:58","guid":{"rendered":"https:\/\/content.technikum-wien.at\/?post_type=research-projects&p=29414"},"modified":"2026-03-31T12:01:04","modified_gmt":"2026-03-31T12:01:04","slug":"numerische-simulation-von-a-sternen-und-weisen-zwergsternen","status":"publish","type":"research-projects","link":"https:\/\/content.technikum-wien.at\/forschungsprojekte\/numerische-simulation-von-a-sternen-und-weisen-zwergsternen\/","title":{"rendered":"Numerische Simulation von A-Sternen und Wei\u00dfen Zwergsternen"},"content":{"rendered":"\n
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Numerische Simulation von A-Sternen und Wei\u00dfen Zwergsternen<\/h1>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Home<\/a><\/div>\n\n\n\n
Forschung<\/a><\/div>\n\n\n\n
Numerische Simulation von A-Sternen und Wei\u00dfen Zwergsternen<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Die astrophysikalische Forschung spielt eine wesentliche Rolle f\u00fcr die Weiterentwicklung der
modernen Physik. Sie beeinflusst sowohl unsere Vorstellung \u00fcber die Grundlagen der Physik als
auch die M\u00f6glichkeiten der Anwendung von Physik auf naturwissenschaftliche und technische
Fragestellungen. Denn f\u00fcr die Astrophysik sind alle Teildisziplinen der Physik wichtig. Die durch
sie motivierten Neuerungen umfassen zum Beispiel die Entwicklung neuer Messverfahren f\u00fcr
bodengebundene Teleskope und im Weltraum eingesetzte Instrumente und die Erstellung von
computergest\u00fctzten Modellen komplexer physikalischer Vorg\u00e4nge zum Verst\u00e4ndnis der Sonne.
Sie f\u00fchrt auch auf Fragen, die die Grundlagen der Physik selbst betreffen, etwa, ob unsere
Vorstellung, wie die Gravitation wirkt, richtig sind. In gleicher Weise motiviert die Astrophysik die
Weiterentwicklung modernster mathematischer Verfahren, wie sie in Computersimulationen
verwendet werden. So kann etwa ein numerisches L\u00f6sungsverfahren, dass f\u00fcr die Untersuchung
von Mischungsvorg\u00e4ngen im Inneren von massereichen Sternen entwickelt wurde, wie sie an
sich auch im Inneren von Planeten oder in Ozeanen und in Seen auf der Erde vorkommen, nicht
nur f\u00fcr die Forschung in der Astrophysik und Geophysik zum Einsatz kommen, sondern auch in
der Biologie, der Chemie oder Finanzmathematik. Denn Vorg\u00e4nge, die zun\u00e4chst als etwas v\u00f6llig
anderes erscheinen, k\u00f6nnen aufgrund einer \u00e4hnlichen mathematischen Struktur mit den gleichen
L\u00f6sungsverfahren untersucht werden, die so in die praktische Anwendung \u00fcbernommen werden
k\u00f6nnen, wie etwa bei der Risikobewertung von Investitionsportfolios durch Banken und
Versicherungen oder der Konstruktion von Solar Ponds zur Gewinnung elektrischer Energie.
Im FWF-gef\u00f6rderten Projekt \u201eNumerische Simulation von A-Sternen und Wei\u00dfen Zwergsternen\u201f
steht die Untersuchung von Konvektion in den genannten Objekttypen im Mittelpunkt. Motiviert ist
deren Auswahl durch eine Reihe von ungel\u00f6sten Fragen innerhalb der Fachdisziplin stellare
Astrophysik, aber auch dadurch, dass die Erstellung numerischer Simulationen f\u00fcr diese Objekte
auch zur Weiterentwicklung von numerischen Verfahren besonders gut geeignet ist.
Konvektion ist ein wichtiger physikalischer Prozess zum Transport von W\u00e4rme in Fl\u00fcssigkeiten,
in Gasen und Plasma. Sie kann diese schnell durchmischen und in ihnen eine Vielzahl an
hydrodynamischen Ph\u00e4nomenen hervorrufen oder deren Ablauf ver\u00e4ndern. Dazu z\u00e4hlen die
Bildung gro\u00dfer Auf- und Abstr\u00f6mstrukturen (Granulen und Plumes), laufender oder stehender
Wellen und von Sto\u00dfwellen. Die Herausforderung bei der Berechnung dieser Prozesse in
Sternen liegt darin, dass diese meist sehr turbulent sind. Ein n\u00e4heres Verst\u00e4ndnis dieser
Vorg\u00e4nge erfordert die numerische L\u00f6sung der physikalischen Erhaltungsgleichungen und darauf
basierend die Durchf\u00fchrung numerischer Simulationen von Konvektion in Sternen. Selbst mit den
leistungsf\u00e4higsten Supercomputern k\u00f6nnen dabei nicht alle Prozesse ber\u00fccksichtigt werden: Die
Simulationen werden so konstruiert, dass sie die f\u00fcr das physikalische Verst\u00e4ndnis wichtigsten
Vorg\u00e4nge r\u00e4umlich und zeitlich erfassen. Um dies zu erreichen ist auch die Weiterentwicklung
und Anwendung neuer numerischer Verfahren notwendig.<\/p>\n\n\n\n

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In diesem Projekt sollen numerische Simulationen von Ausschnitten der Oberfl\u00e4che von Sternen
durchgef\u00fchrt werden. Sterne vom Spektraltyp A und wei\u00dfe Zwergsterne vom Spektraltyp DA
sollen dabei im Mittelpunkt stehen. Denn warum nur ein Teil der k\u00fchlen A- und der metallreichen
Am-Sterne pulsiert, ist bislang ebenso wenig ausreichend verstanden wie die genaue Rolle, die
die Konvektion beim Anregen und D\u00e4mpfen globaler Schwingungen in diesen Sternen hat,
obwohl durch Weltraummissionen wie Kepler und TESS f\u00fcr viele dieser Objekte hochpr\u00e4zise
Daten vorliegen. Ebenso durchmischt Konvektion scheinbar stabil geschichtete Regionen in
solchen Sternen, wobei dieser Vorgang in den zu untersuchenden Sterntypen besonders effektiv
ist. Die Rolle, die Turbulenz bei diesem sogenannten Overshooting (Mischen \u00fcber die
Stabilit\u00e4tsgrenze hinaus) spielt, ist noch unzureichend unerforscht. Daher soll eine ganze Reihe
an numerischen Simulationen von A-Sternen durchgef\u00fchrt und so ein erstes Modellgitter f\u00fcr
diese Objekte erstellt werden. Den Schl\u00fcssel zu neuen Resultaten wird dabei eine hohe
r\u00e4umliche Aufl\u00f6sung durch lokale Gitterverfeinerung liefern, wie sie der Simulationscode
ANTARES erm\u00f6glicht. F\u00fcr A-Sterne erfordert dies die Implementierung weiterentwickelter
numerischer Verfahren (implizit-explizite Runge-Kutta Methoden), damit die zeitliche Aufl\u00f6sung
der Simulation nicht unleistbar klein wird. Mit diesen Mitteln soll dann untersucht werden, welche
Rolle die Turbulenz beim Overshooting in Wei\u00dfen Zwergsternen und A-Sternen spielt; wie der
turbulente Druck, der durch die Konvektion entsteht, das Auftreten von globalen Schwingungen
in A-\/Am-Sternen beeinflusst; wie die turbulente Konvektion die Spektren dieser Sterne ver\u00e4ndert
und wie sich bei k\u00fchlen A- und hei\u00dfen F-Sternen r\u00e4umlich getrennte Konvektionszonen
miteinander verbinden. Die Vorhersagen der Simulationen werden mit verschiedenen
Beobachtungsmethoden getestet.<\/p>\n\n\n\n

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