Vortragsthemen, Literaturliste und Terminplan - Astrophysik Kiel

Numerische Methoden in der theoretischen <strong>Astrophysik</strong><br />

Seminar im Studiengang MSc Physik, Modul: MNF-phys-1141/1142<br />

Termin: alle zwei Wochen, jeweils Do. 10-12 Uhr, Raum LS 15 – R.138<br />

<strong>Terminplan</strong><br />

28. April Potential <strong>und</strong> Gravitationsbeschleunigung eines dünnen Rings Marcus Vorpahl<br />

12. Mai Rosseland <strong>und</strong> Planck Opazitäten Florian Ober<br />

Zweikörperproblem Florian Kirchschlager<br />

26. Mai Sphärisch-symmetrische Akkretion Jan-Torge Schindler<br />

9. Juni Zeitentwicklung einer geometrisch dünnen Akkretionsscheibe Anna Feiler<br />

Strahlungsbeschleunigung in Scheibenatmosphären Gesa Bertrang<br />

23. Juni Sphärisch-symmetrische Explosion Marvin Blank<br />

Abkühlung eines kugelsymmetrischen Körpers Jan Philipp Ruge<br />

7. Juli Multipolentwicklung Manuel Jung<br />

Hydrodynamik<br />

1. Sphärisch-symmetrische Akkretion (Bondi-Problem) [1, 3, 4, 13, 14, 15]<br />

Nullstellensuche: z. B. mittels Newton-, Pegasus- oder Anderson-Björk-Verfahren<br />

oder: direkte numerische Lösung mittels Runge-Kutta-Verfahren<br />

2. Sphärisch-symmetrische Explosion (Sedov-Lösung) [1, 3, 4, 13, 14, 15, 16]<br />

Nullstellensuche: z. B. mittels Newton-, Pegasus- oder Anderson-Björk-Verfahren<br />

oder: direkte Lösung des Riemannproblems mittels Fixpunktiteration<br />

3. Zeitentwicklung einer geometrisch dünnen, viskosen Akkretionsscheibe [10, 13, 14, 15]<br />

Numerische Integration z.B. Romberg-Verfahren<br />

Gravitation<br />

4. Potential <strong>und</strong> Gravitationsbeschleunigung eines dünnen homogenen Rings [9, 11, 17]<br />

Approximation der vollständigen Elliptische Integrale mit Hilfe der AGM-Methode<br />

5. Sphärische <strong>und</strong>/oder zylindrische Multipolentwicklung [7, 9, 11, 17]<br />

Kugelflächenfunktionen, Legendrepolynome bzw. Legendrefunktionen<br />

Strahlung<br />

6. Strahlungsbeschleunigung in Scheibenatmosphären [1, 2, 6, 10, 13, 14]<br />

Numerische Integration in 2D, Gauss-Verfahren <strong>und</strong>/oder Monte-Carlo Methoden<br />

7. Rosseland <strong>und</strong>/oder Planck Opazitäten [2, 8, 12, 13, 14]<br />

Interpolation von tabellierten Daten z. B. mit Hilfe von Splines

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Sonstiges<br />

8. Abkühlung eines kugelsymmetrischen Körpers [13]<br />

Explizite <strong>und</strong>/oder implizite Lösung einer 1D Diffusionsgleichung mit Hilfe von<br />

Finite-Differenzen-Verfahren<br />

9. Zweikörperproblem [5, 13, 14, 15]<br />

Nullstellensuche: z. B. mittels Newton-, Pegasus- oder Anderson-Björk-Verfahren<br />

oder: direkte numerische Lösung mittels Runge-Kutta-Verfahren<br />

Literatur<br />

[1] T. Padmanabhan, Theoretical Astrophysics, Vol. 1: Astrophysical Processes, Cambridge Univ.<br />

Press, 2000<br />

[2] F. H. Shu, The Physics of Astrophysics, Vol. 1: Radiation, Univ. Science Books, 1991<br />

[3] F. H. Shu, The Physics of Astrophysics, Vol. 2: Gas Dynamics, Univ. Science Books, 1991<br />

[4] S. N. Shore, Astrophysical Hydrodynamics: An Introduction, 2nd rev. ed., Wiley-VCH, 2007<br />

[5] C. D. Murray & S. F. Dermott, Solar system dynamics, Cambridge Univ. Press, 1999<br />

[6] H. J. G. L. M. Lamers & J. P. Cassinelli, Introduction to stellar winds, Cambridge Univ.<br />

Press, 1999<br />

[7] P. Bodenheimer, Numerical Methods in Astrophysics: An Introduction, CRC Press, 2005<br />

[8] R. J. LeVeque, O. Steiner & A. Gautschy, Computational Methods for Astrophysical Fluid<br />

Flow, Springer Verlag, 1998<br />

[9] J. Binney & S. Tremaine, Galactic Dynamics, 2nd ed., Princeton Univ. Press, 2008<br />

[10] J. Frank, A. King & D. Raine, Accretion Power in Astrophysics, 3rd ed., Cambridge<br />

Univ. Press, 2002<br />

[11] H. S. Cohl & J. E. Tohline A Compact Cylindrical Green’s Function Expansion for the<br />

Solution of Potential Problems, ApJ 527(1), 1999<br />

Online Version: http://dx.doi.org/10.1086/308062<br />

[12] D. Semenov et al., Rosseland and Planck mean opacities for protoplanetary discs, A&A, 410,<br />

2003; Online Version: http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361:20031279<br />

Fortran Programm:<br />

http://www.mpia.de/homes/henning/Dust_opacities/Opacities/Code/opacity.zip<br />

[13] W. H. Press, Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing, 3rd ed., Cambridge Univ.<br />

Press, 2007; Online Version: http://www.nr.com/oldverswitcher.html<br />

[14] G. Engeln-Müllges, K. Niederdrenk & R. Wodicka, Numerik-Algorithmen: Verfahren,<br />

Beispiele, Anwendungen, 10. Aufl., Springer Verlag, 2011<br />

[15] J. D. Fairs & R. L. Burden, Numerische Methoden : Näherungsverfahren <strong>und</strong> ihre praktische<br />

Anwendung, Spektrum Akad. Verlag, 1994<br />

[16] E. F. Toro, Riemann solvers and numerical methods for fluid dynamics, Springer Verlag, 1997<br />

[17] M. Abramowitz & I. A. Stegun, Handbook of Mathematical Functions with Formulas, Graphs,<br />

and Mathematical Tables, US Gov. Print. Office, 1964<br />

Online Version: http://people.math.sfu.ca/~cbm/aands/