Thun, Kuiper, Schmidt, Kley (2016)

Willkommen!

 

Mein Team und ich entwickeln neuartige numerische Algorithmen für hydrodynamische Simulationen im Rahmen von Hochleistungsrechnungen. Neben der Flüssigkeitsbewegung umfassen die Simulationen auch die Schwerkraft, Magnetfelder, den Transport von Kontinuumsstrahlung, Photoionisation, Phasenübergänge, chemische Entwicklung, Sternentwicklung und Staubentwicklung. Wir wenden diese Werkzeuge an, um spezifische astrophysikalische Prozesse zu modellieren, wobei wir uns auf Akkretions- und Ejektionsphänomene konzentrieren und offene Forschungsfragen in einem breiten Spektrum von Themen behandeln. Unsere Forschungsinteressen reichen von der Planeten- und Sternentstehung über Akkretionsscheiben, Sternphysik und stellare Rückkopplung, Planetenatmosphären und Exoplaneten, das turbulente interstellare Medium bis hin zur Entstehung Schwarzer Löcher, aktiver galaktischer Kerne, Gammastrahlenausbrüche und der Physik des frühen Universums. 

Bildnachweis: Shanghuo Li, MPIA / Daten: ALMA Observatory

Mehrlingsgeburt von Sternen

Seit Langem geht die Forschung davon aus, dass massereiche Sterne als Zwillinge, Drillinge oder noch höhere Vielfachsysteme geboren werden. Jetzt konnte dies erstmals durch systematische Beobachtungen bestätigt werden. Die Studie, an der unsere Arbeitsgruppe in der Interpretation der gewonnenen Daten beteiligt war, wurde in Nature Astronomy eröffentlicht.

Mehr Informationen unter: https://www.uni-due.de/2015-01-15-massereiche-sterne-entstehen-als-mehrlinge

Der wissenschaftliche Artikel: https://www.nature.com/articles/s41550-023-02181-9

Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser, Artikel: McLeod et al. (2023)

Astronomen entdecken zum ersten Mal eine Scheibe um einen Stern in einer anderen Galaxie

Eine bemerkenswerte Entdeckung: Zusammen mit einem Team von internationalen Wissenschaftler:innen haben wir eine Scheibe um einen jungen Stern in der Großen Magellanschen Wolke, einer Nachbargalaxie der Erde, entdeckt. Es ist das erste Mal, dass eine solche Scheibe außerhalb unserer Galaxie gefunden wurde. Die neuen Beobachtungen zeigen einen massereichen jungen Stern, der wächst, Materie aus seiner Umgebung aufnimmt und eine rotierende Scheibe bildet. Die Entdeckung wurde mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile gemacht.

Mehr Informationen unter: https://www.eso.org/public/news/eso2318/

Der wissenschaftliche Artikel: https://www.nature.com/articles/s41 

Nature Astronomy Titelblatt, Band 6 Ausgabe 9, September 2022; Bild mit freundlicher Genehmigung von André Oliva. Titelbild: Bethany Vukomanovic.

Dem Wind beim Wehen zusehen

Diese Titelseite von Nature Astronomy vom September 2022 zeigt eine unserer numerischen Arbeiten über magnetisch angetriebene Jets, die von massereichen Protosternen ausgestoßen werden. 

In diesem Artikel werden unsere strahlungs-magneto-hydrodynamischen Simulationen visuell und quantitativ mit einem beobachteten spiralförmigen Plasmastrom verglichen. Diese Strömungsstruktur wird für eine spiralförmige Magnetfeldgeometrie erwartet, wie sie während des Wolkenkollapses, der Stern- und zirkumstellaren Scheibenbildung entsteht. 

Die Beobachtungsdaten stammen aus hochauflösenden Beobachtungen von Wasser-Masern um den jungen massereichen Proto-Stern IRAS21078+5211. Um diese bahnbrechende räumliche Auflösung zu erreichen, haben wir alle verfügbaren Teleskope des Very Large Baseline Interferometer-Netzwerks (VLBI) genutzt. Das VLBI-Netzwerk besteht aus 26 Radioteleskopen, die über Europa, Asien und die USA verteilt sind.

Die roten Punkte sind die beobachteten Maserpunkte, der helle weiße Kreis bezeichnet die erwartete Position des massereichen Proto-Sterns. Die blau-weiße Hintergrundfarbe entspricht der aus numerischen Simulationen ermittelten Gasmassendichte und zeigt die zirkumstellare Scheibe, die sich aus einfallendem Material aus der Umgebung bildet. Die blauen Linien zeigen die spiralförmigen Stromlinien des Gasflusses, die aus der numerischen Simulation stammen.

Siehe Moscadelli et al. (2022)  für weitere Einzelheiten.

Team

Rolf Kuiper

- Leitung -

MC 346

+49 (0) 203 37 91684

rolf.kuiper @ uni-due.de

https://www.uni-due.de/physik/agk

Ingo Thiele

- Administration -

MC 373

+49 (0) 203 37 92816

ingo.thiele @ uni-due.de

Lothar Brendel

- Wissenschaftlicher Mitarbeiter -

MC 342

+49 (0) 203 37 91688

lothar.brendel @ uni-due.de

Vardan Elbakyan

- Postdoc -

MC 343

+49 (0) 203 37 94227

vardan.elbakyan@uni-due.de

 

Luke Conmy

- Doktorand (RUB) -

MC 363

+49 (0) 203 37 91680

Conmy.Luke@ruhr-uni-bochum.de

Frederike Marx

- Doktorandin -

MC 362

+49 (0) 203 37 93321

frederike.marx@uni-due.de

Dennis Wehner

- Doktorand -

MC 362

+49 (0) 203 37 93321

dennis.wehner @ uni-due.de

 Shaghayegh Ashtari Jolehkaran

- Master -

MC 344

+49 (0) 203 37 91578

shaghayegh.ashtari-jolehkaran @ stud.uni-due.de

Arthur Langer

- Master -

MC 346

+49 (0) 203 37 91684

arthur.langer@stud.uni-due.de

Marek Schulze

- Master Energy Science -

MC 344

+49 (0) 203 37 91578

claas.schulze @ stud.uni-due.de

 Joshua Barquero Alvarado

- Master (Universität Costa Rica) -

joshua.barquero @ ucr.ac.cr

Robin Simbeck

- Bachelor -

robin.simbeck@stud.uni-due.de

Formal mit dieser AG verbunden

Florian Führer

- Doktorand (AG Wolf) -

MC 343

+49 (0) 203 37 91683

florian.fuehrer @ uni-due.de

Ana Vila Verde

- Leitung AG "Computational Soft Matter and Interfaces" -

MF 246

+49 (0) 203 37 94716

ana.araujo-vila-verde @ uni-due.de

https://wiki.uni-due.de/vilaverde

AG Vila Verde

MF 245

+49 (0) 203 37 92137

Elio Casalini

Hosein Geraili Daronkola

Robin Singh

Suleyman Skoko

Ehemalige

 

Postdocs:

André Oliva

Tobias Moldenhauer

Jin-Jun Geng

Nathaniel Dylan Kee

Dominique Meyer

 

Doktoranden und -innen​:

Lukas Engelke

Magdulin Dwedari

André Oliva

Tobias Moldenhauer

Asmita Bhandare

Anders Kölligan

 

Master:

Dennis Wehner

Lauren Martini

Marius Morlock

Oliver Völkel

Akram Chaalali

Daniel Thun

 

Bachelor:

Maximilian Wykidanez

Richard Nies

Prateek Boga (@ SASTRA University)

Nicolas Cimerman

Oliver Völkel

 

Internships:

Aswathi Krishnan Kutty

Mustafa Waqar Syed

Shyam Harimohan Menon

Timothy Hallatt

Forschungsthemen

 

Die Forschungsthemen unserer Gruppe reichen von der Wechselwirkung von Staubkörnern mit Gasströmungen und Strahlung bis hin zur Entstehung von Planeten, Sternen und Schwarzen Löchern. Neben Entstehungs- und Akkretionsphänomenen sind wir auch an Ejektions- und Rückkopplungsphänomenen im Weltraum interessiert. Im Folgenden stellen wir einige dieser Themen kurz vor.

Moldenhauer, Kuiper et al. (2021); Skizze von André Oliva

Planetenentstehung

Wie akkretiert ein felsiger planetarer Embrio seine erste gasförmige Atmosphäre aus der ursprünglichen zirkumstellaren Scheibe? Welche Masse, Temperatur und welchen Drehimpuls hat das an den felsigen Kern gebundene Gas letztendlich? Unter welchen Bedingungen entwickelt sich dieser Proto-Planet zu einem Gasriesen? 
Wir untersuchen diese Fragen und damit verbundene Probleme in der modernen Planetenbildungstheorie durch direkte numerische Simulationen des Akkretionsprozesses (siehe Skizze "Moldenhauer, Kuiper et al. (2021)"). Unter Nutzung von Hochleistungsrechenressourcen betten wir einen gravitativ wirkenden felsigen Planetenkern in eine gasförmige zirkumstellare Scheibe ein und verfolgen die hydrodynamische und thermodynamische Entwicklung des Systems in der Zeit.

Skizze von André Oliva

Sternentstehung und stellare Rückwirkung

Wie viel Masse kann ein Stern durch klassische Gasakkretion gewinnen? Wie behindern seine intrinsischen Rückkopplungsmechanismen wie proto-stellare Jets, Strahlungsdruck, Photoionisationsrückkopplung und H II-Regionen sein weiteres Wachstum? Wie wirken sich diese Rückkopplungseffekte auf die ursprüngliche Umgebung des sich bildenden massereichen Sterns aus?

Wir untersuchen diese Fragen und damit verbundene Probleme in der modernen Sternentstehungstheorie durch direkte numerische Simulationen des Sternentstehungsprozesses einschließlich der verschiedenen Formen von Rückkopplungen. Die meisten Rückkopplungseffekte können selbstkonsistent untersucht werden, d.h. sie werden in das Entstehungsszenario einbezogen, indem ihre zugrunde liegenden physikalischen Ursachen, wie z.B. die Magneto-Hydrodynamik der Jet-Zündung, der Beschleunigung, Kollimation und Ausbreitung im Raum gelöst werden.

Neben den Rückkopplungsmechanismen sind wir an den Details der Entstehung und Entwicklung zirkumstellarer Scheiben interessiert, die die Akkretionsleistung des sich bildenden Zentralsterns bestimmen. Welchen Einfluss hat die großräumige Umgebung auf die spezifischen Scheibeneigenschaften? Wie unterscheiden sich die Entstehung und Entwicklung von Scheiben über den Bereich der verschiedenen Sternmassen?

Geschwindigkeitsstruktur einer van-Kármán-Wirbelstraße, die sich hinter einem in eine Unterschallströmung eingebetteten Zylinder bildet.

Numerische Windtunnel-Experimente

Im Kontext der allgemeinen Physik führen wir numerische Experimente zu Strömungsstrukturen um verschiedene Arten von Festkörpern im Unter- und Überschallbereich durch. In Zusammenarbeit mit der Forschungsgruppe Laborastrophysik von Prof. Dr. Gerhard Wurm untersuchen wir die Erosion von Planetesimalen und die Wechselwirkung einzelner Staubkörner mit Gasströmungen.

Stellen

 

Haben die oben genannten Forschungsthemen Dein Interesse geweckt? Möchtest Du ein Projekt im Bereich der numerischen Astrophysik durchführen? Dann zögere nicht, Dich mit uns in Verbindung zu setzen und ein persönliches Gespräch zu vereinbaren, um die gegenseitigen Erwartungen, mögliche persönliche Umstände und Ihre spezifischen Anforderungen zu besprechen. Lass uns über Deine Lieblingsthemen und -methoden sprechen und darüber nachdenken, welche bereits vorhandenen Fähigkeiten Du im Projekt einsetzen oder was Du während des Projekts neu erlernen möchtest. Ich bin sicher, dass wir ein Projekt finden werden, das Deinen individuellen Bedürfnissen, Fähigkeiten und Interessen entspricht!

Offene Doktoranden- und Postdoc-Stellen werden in der Regel auf dem Online-Stellenmarkt der Astronomischen Gesellschaft (https://www.astronomische-gesellschaft.de/en/activities/jobregister?) und/oder auf dem Online-Stellenmarkt der American Astronomical Community (https://jobregister.aas.org) veröffentlicht.

Bachelor- und Masterarbeiten sind ganzjährig möglich und werden in einem persönlichen Gespräch organisiert.

Praktika für externe Studenten sind ebenfalls möglich, bitte setze Dich einfach mit uns in Verbindung.

Publikationen

 

Link zu Publikationslisten des Gruppenleiters (automatisch erstellt):

Rolf Kuiper @ NASA/ADS

Rolf Kuiper @ ORCiD

Rolf Kuiper @ Google Scholar

Animationen

 

Einige unserer Forschungsarbeiten beinhalten die Visualisierung der durchgeführten numerischen Simulationen. Weitere Beispiele für solche Animationen findet man auf unserem YouTube-Kanal: https://www.youtube.com/channel/UCQwYtrdU5Y1seUv96WBedDA

Förderung

 

Im Laufe der Jahre wurden unsere Forschungsprojekte durch eine Vielzahl von Förderprogrammen unterstützt. Wir bedanken uns für die finanzielle Unterstützung durch die folgenden Institutionen und Programme:

Kontakt

 

Prof. Dr. Rolf Kuiper (Leitung)

rolf.kuiper @ uni-due.de

Büro: MC 377

 

Ingo Thiele (Administration)

ingo.thiele @ uni-due.de

Tel.: +49 203 379 2816

Fax: +49 203 379 1681

Büro: MC 373

 

Anschrift:

AG Kuiper

Fakultät für Physik

Universität Duisburg-Essen

Lotharstraße 1

D-47057 Duisburg

 

Anreise mit der Bahn:

Zu Fuß: Man benötigt vom Duisburger Hauptbahnhof zu unserem Campus ungefähr eine halbe Stunde.

Per Straßenbahn: Man kann direkt am Duisburger Hauptbahnhof in die Straßenbahn U-901 einsteigen. Am direktesten erreicht man die Straßenbahn, indem man den Hauptbahnhof nicht über den Hauptausgang verlässt, sondern direkt am Gleis den Schildern zur U-901 folgt. Untertage dann am Gleis 3 die U-901 Richtung "Mülheim an der Ruhr" bzw. Duisburg "Zoo / Universität" nehmen. Nach nur ein paar Minuten Fahrzeit an der Haltestelle "Zoo / Universität" aussteigen. Unser Campus liegt dann nur eine Gehminute in die Gegenrichtung zurück.

 

Wiki:

https://wiki.uni-due.de/agk