Dynamics of the rise of magnetic flux tubes in stellar interiors

In sonnenähnlichen Sternen erhält ein Dynamo-Mechanismus die Magnetfelder. Der Babcock-Leighton-Dynamo beruht auf einem solchen Mechanismus und erfordert insbesondere die Existenz von magnetischen Flussröhren. Man nimmt an, dass magnetische Flussröhren am Boden der Konvetionszone entstehen und durch Auftrieb bis zur Oberfläche steigen. Es wird ein spezielles Dynamomodell vorgeschlagen, in dem der Verzögerungseffekt durch das Aufsteigen der Flussröhren berücksichtigt wird. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Anwendbarkeit des Babcock-Leighton-Dynamos auf andere Sterne. Zu diesem Zweck versuchen wir, die Aufstiegszeiten von magnetischen Flussröhren mit Hilfe von kompressiblen MHD-Simulationen in spärischen Kugelschalen mit Dichteschichtung zu bestimmen und einzugrenzen. Derartige Simulationen sind allerdings nur in einem unrealistischen Parameterbereich möglich. Deshalb ist eine Skalierungsrelation nötig, die die Ergebnisse auf realistische physikalische Regimes überträgt. Wir erweitern frühere Arbeiten zu Skalierungsrelationen in 2D und leiten ein allgemeines Skalierungsgesetz ab, das für 2D- und 3D-Flussröhren gültig ist. In einem umfangreichen Satz von numerischen Simulationen zeigen wir, dass die abgeleitete Skalierungsrelation auch im vollständig nichtlinearen Fall gilt. Wir haben damit ein Gesetz für die Aufstiegszeit von magnetischen Flussröhren gefunden, dass in jedem sonnenähnlichen Stern Gültigkeit hat. Schließlich implementieren wir dieses Gesetz in einem Dynamomodell mit Verzögerungsterm. Die Simulationen eines solchen verzögerten Flussröhren/Babcock-Leighton-Dynamos auf der Basis der Meanfield-Formulierung führten auf ein neues Dynamo-Regime, das nur bei Anwesenheit der Verzögerung existiert. Die erforderlichen Verzögerungen sind von der Gröÿenordnung der Zykluslänge, die resultierenden Magnetfelder sind schwächer als die Äquipartitions-Feldstärke. Dieses neue Regime zeigt, dass auch bei sehr langen Aufstiegszeiten der Flussröhren/Babcock-Leighton-Dynamo noch nichtzerfallende Lösungen liefern und daher auf ein breites Spektrum von Sternen anwendbar sein kann.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Potsdam

Year

2016

Author dc:creator

• Fournier, Yori

Contributors dc:contributor

• Strassmeier, Klaus G.

• astrophysics
• stellar physics
• magnetohydrodynamics (MHD)
• numerical experiments
• magnetic flux tubes
• dynamo theory

Statement dc:rights

• CC-BY-SA - Namensnennung, Weitergabe zu gleichen Bedingungen 4.0 International

Repository record source_url

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OAI identifier oai:identifier

oai:kobv.de-opus4-uni-potsdam:39453