Large-scale magnetic fields in protoplanetary disks

Die Erforschung von protoplanetaren Scheiben, welche einen jungen Stern umgeben, kann uns helfen die Entstehung unseres eigenen Sonnensystems zu verstehen. Junge Sterne haben sehr starke Magnetfelder, welche mit der sie umgebenden Scheibe interagieren, und so das Akkretionsverhalten dieser Scheiben beeinflussen. Im ersten Teil dieser Dissertation haben wir deshalb das Langzeitverhalten von Scheiben studiert, für den Fall dass ein stellares Magnetfeld mit der Scheibe interagiert. Zu diesem Zweck verwenden wir TAPIR (The Adaptive Implicit RHD Code), einen 1+1D Hydrodynamik-Code mit einem impliziten Zeitintegrationsschema, um auch die innerste Scheibenregion über ihre gesamte Lebensdauer zu simulieren. Die gesamte Scheibe wird selbstkonsistent simuliert, wobei auch der innere Rand der Scheibe dynamisch berechnet wird als der Radius, an welchem das stellare Feld ausreicht um die Scheibe in sogenannte magnetische Trichter aufzubrechen. Langzeitberechnungen haben gezeigt, dass die innerste Scheibe selbstkonsistent mitgerechnet werden sollte, da ansonsten das Drehmoment des stellaren Dipols sowie starke Druckgradienten nicht mitberücksichtigt werden können. Zusätzlich wurde gezeigt, dass die Magnetfeldstärke des stellaren Dipols starken Einfluss darauf nimmt, ob die Scheibe episodisch akkretiert, und falls ja, die Magnetfeldstärke die Frequenz und Häufigkeit dieser Ereignisse beeinflusst. Neben stellaren Magnetfeldern haben auch großskalige Magnetfelder in der Scheibe Einfluss auf die zeitliche Entwicklung von protoplanetaren Scheiben. Die Topologie solcher Felder ist entscheidend dafür, ob und mit welcher Stärke magneto-zentrifugal und/oder magneto-thermisch beschleunigte Winde auftreten. Um die poloidale Struktur dieser großskaligen Magnetfelder zu untersuchen, haben wir TAPIR um eine Beschreibung dieser großskaligen Magnetfelder und um ein Modell zur Beschreibung von nicht-idealen MHD-Effekten erweitert. Die Simulationen haben gezeigt, dass das stellare Magnetfeld die Evolution und Topologie in der inneren Scheibe dominiert, und das das großskalige Magnetfeld die Topologie in der äußeren Scheibe bestimmt. Außerdem hat eine Parameterstudie die Erkenntnis gezeigt, dass stellare Parameter wie Rotationsperiode, stellare Magnetfeldstärke und Stärke der stellaren Röntgenstrahlung, die Topologie des großskaligen Magnetfelds überall in der Scheibe überall beeinflussen kann. Zukünftig werden wir ein Windmodell zu TAPIR hinzufügen und das gekoppelte System von Stern, Scheibe und Winden simulieren über die gesamte Lebensdauer einer Scheibe. Dies wird uns einerseits ermöglichen, die Stern-Scheiben-Kopplung noch besser zu modellieren und andererseits erlauben, das erste Mal den Einfluss von verschiedenen Magnetfeldparametern auf die Lebensdauer einer Scheibe zu studieren.