Title (eng)
Dust radiative transfer in protoplanetary disks with PHOENIX/3D
Parallel title (deu)
Staubstrahlungstransport in Protoplanetaren Scheiben mit PHOENIX/3D
Parallel title (eng)
Dust radiative transfer in protoplanetary disks with PHOENIX/3D
Author
Christian Rab
Advisor
Manuel Güdel
Assessor
Manuel Güdel
Abstract (deu)
Scheiben um junge Sterne im niedrigen/mittleren Massenbereich werden oft protoplanetare Scheiben genannt, da sie als die Geburtsstätte von Planeten gelten. Für das Verständnis der komplexen Struktur dieser Scheiben und deren Zusammensetzung sind aufwendige und genaue Strahlungstransportmodelle notwendig.
Diese Arbeit ist Teil eines größeren Projektes das sich eine möglichst umfassende Modellierung von „statischen", bestrahlten protoplanetaren Scheiben mit Hilfe des 3D Strahlungstransportcodes PHOENIX/3D zum Ziel gesetzt hat. Diese Arbeit beschränkt sich auf den 3D Staubstrahlungstransport und die Bestimmung der Temperaturstruktur der protoplanetaren Scheibe.
Wir präsentieren eine neues Verfahren für die Bestimmung der Temperaturstruktur unter der Annahme von Strahlungsgleichgewicht. Die Implementierung des Verfahrens basiert auf der Benutzung des „Approximate Lambda"-Operators der in PHOENIX/3D für das Strahlungstransportproblem verwendet wird. Für die Überprüfung der Korrektheit unserer Methode wurde der Benchmark Test von Pinte et al. 2009 gewählt.
Das neue Verfahren zeigt gute Konvergenzeigenschaften und konvergiert für alle vier Testfälle des Benchmarktests. Für den Großteil der Scheibe wurde eine gute Übereinstimmung der Resultate festgestellt. In den tiefen inneren Regionen der Scheibe, in die die Strahlung des Sternes nicht vordringen kann, sind die von PHOENIX/3D ermittelten Temperaturen aber zu hoch. Die Abweichungen liegen, abhängig von der Masse der Scheibe, im Bereich von +20% bis +65%. Momentan kann die Abweichung nur mit einer größeren Anzahl von räumlichen Gitterpunkten verringert werden. Das erfordert aber eine großen Rechenaufwand. Für die praktische Anwendung des Verfahrens ist deshalb eine Verbesserung der Genauigkeit und der Performance notwendig.
Abstract (eng)
Disks around young low/intermediate mass stars are often called protoplanetary disks as they are considered to be the birthplaces of planets. To understand their complex structure and composition accurate radiative transfer modelling is necessary.
This thesis is part of a larger project for modelling of passive, irradiated protoplanetary disks with the stellar atmosphere code PHOENIX/3D. This work is limited to the 3D dust continuum radiative transfer including the calculation of the disk temperature structure.
We present a new method for solving the radiative equilibrium equation based on the Approximate Lambda-Operator technique used in PHOENIX/3D for the radiative transfer problem. To test our implementations we use the benchmark problem defined in Pinte et al. 2009.
The new temperature correction scheme shows good convergence properties and converges for all four test cases defined in the benchmark. For large areas of the disk the results of the new scheme are in good agreement with the results of the benchmark. However, in the deep inner region of the disk, where the stellar radiation does not penetrate, the estimated temperature is always too high. The deviations depend on the optical depth, ranging from +20%, for the lowest optical depth test case to +65% for the highest optical depth test case. To overcome this problem large spatial grids are necessary, which increases the computational needs, and therefore, becomes unreasonable at least for the highest optical depth test cases. So, further improvements concerning the accuracy and the performance are required.
Keywords (eng)
radiative transferprotoplanetary disksPHOENIX/3D
Keywords (deu)
StrahlungstransportProtoplanetare ScheibenPHOENIX/3D
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1286353
rdau:P60550 (deu)
59 S.
Number of pages
79
Association (deu)
Title (eng)
Dust radiative transfer in protoplanetary disks with PHOENIX/3D
Parallel title (deu)
Staubstrahlungstransport in Protoplanetaren Scheiben mit PHOENIX/3D
Parallel title (eng)
Dust radiative transfer in protoplanetary disks with PHOENIX/3D
Author
Christian Rab
Abstract (deu)
Scheiben um junge Sterne im niedrigen/mittleren Massenbereich werden oft protoplanetare Scheiben genannt, da sie als die Geburtsstätte von Planeten gelten. Für das Verständnis der komplexen Struktur dieser Scheiben und deren Zusammensetzung sind aufwendige und genaue Strahlungstransportmodelle notwendig.
Diese Arbeit ist Teil eines größeren Projektes das sich eine möglichst umfassende Modellierung von „statischen", bestrahlten protoplanetaren Scheiben mit Hilfe des 3D Strahlungstransportcodes PHOENIX/3D zum Ziel gesetzt hat. Diese Arbeit beschränkt sich auf den 3D Staubstrahlungstransport und die Bestimmung der Temperaturstruktur der protoplanetaren Scheibe.
Wir präsentieren eine neues Verfahren für die Bestimmung der Temperaturstruktur unter der Annahme von Strahlungsgleichgewicht. Die Implementierung des Verfahrens basiert auf der Benutzung des „Approximate Lambda"-Operators der in PHOENIX/3D für das Strahlungstransportproblem verwendet wird. Für die Überprüfung der Korrektheit unserer Methode wurde der Benchmark Test von Pinte et al. 2009 gewählt.
Das neue Verfahren zeigt gute Konvergenzeigenschaften und konvergiert für alle vier Testfälle des Benchmarktests. Für den Großteil der Scheibe wurde eine gute Übereinstimmung der Resultate festgestellt. In den tiefen inneren Regionen der Scheibe, in die die Strahlung des Sternes nicht vordringen kann, sind die von PHOENIX/3D ermittelten Temperaturen aber zu hoch. Die Abweichungen liegen, abhängig von der Masse der Scheibe, im Bereich von +20% bis +65%. Momentan kann die Abweichung nur mit einer größeren Anzahl von räumlichen Gitterpunkten verringert werden. Das erfordert aber eine großen Rechenaufwand. Für die praktische Anwendung des Verfahrens ist deshalb eine Verbesserung der Genauigkeit und der Performance notwendig.
Abstract (eng)
Disks around young low/intermediate mass stars are often called protoplanetary disks as they are considered to be the birthplaces of planets. To understand their complex structure and composition accurate radiative transfer modelling is necessary.
This thesis is part of a larger project for modelling of passive, irradiated protoplanetary disks with the stellar atmosphere code PHOENIX/3D. This work is limited to the 3D dust continuum radiative transfer including the calculation of the disk temperature structure.
We present a new method for solving the radiative equilibrium equation based on the Approximate Lambda-Operator technique used in PHOENIX/3D for the radiative transfer problem. To test our implementations we use the benchmark problem defined in Pinte et al. 2009.
The new temperature correction scheme shows good convergence properties and converges for all four test cases defined in the benchmark. For large areas of the disk the results of the new scheme are in good agreement with the results of the benchmark. However, in the deep inner region of the disk, where the stellar radiation does not penetrate, the estimated temperature is always too high. The deviations depend on the optical depth, ranging from +20%, for the lowest optical depth test case to +65% for the highest optical depth test case. To overcome this problem large spatial grids are necessary, which increases the computational needs, and therefore, becomes unreasonable at least for the highest optical depth test cases. So, further improvements concerning the accuracy and the performance are required.
Keywords (eng)
radiative transferprotoplanetary disksPHOENIX/3D
Keywords (deu)
StrahlungstransportProtoplanetare ScheibenPHOENIX/3D
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1286354
Number of pages
79
Association (deu)
License
Citable links
Other links
Managed by
Details
Metadata
Export formats
Universitätsring 1, 1010 Wien | T
T +43-1-4277-0