Die Entwicklung des Interstellaren Mediums in Galaxien

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Programm zur Simulation der Entwicklung von Galaxien erstellt. Um eine Mehrphasen-Beschreibung des Interstellaren Mediums zu erreichen, wurde die TREESPH-Methode um ein sticky particle-Schema erweitert. Dabei wird mit SPH eine warme bis heiße diffuse Gasphase beschrieben, während die sticky particles eine kühle, in vielen Fragmenten vorliegende Komponente darstellen. Um einen Austausch von Materie und Impuls zwischen den beiden Gasphasen zu ermöglichen, wurden die Prozesse Kondensation, Evaporation und Reibung implementiert. Außerdem kann es durch Strahlungskühlung und inelastischen Stößen zwischen Wolken zu Energiedissipation kommen. Schließlich wird durch die Berücksichtigung der Sternentstehung und die damit verbundenen Rückkopplungsprozesse der Sterne auf das Interstellare Medium (ISM) der Materiekreislauf geschlossen. Dazu wurde ein neues Verfahren zur Sternentstehung entwickelt, bei dem der Prozess lokal für einzelne Wolken beschrieben wird. Durch eine von den örtlichen Bedingungen des ISMs abhängige Sternentstehungseffizienz wird außerdem die Möglichkeit zur Selbstregulierung gegeben. Das Programm wurde in einer Reihe von Simulationen auf die Entwicklung von isolierten Scheibengalaxien angewandt. Dabei wurde zunächst nur die Spätphase der Entwicklung - über einen Zeitraum von drei Milliarden Jahren - betrachtet. Die durchgeführten Modellrechnungen zeigen die erwartete stabile Entwicklung und ergeben weitgehende Übereinstimmung sowohl mit beobachteten Eigenschaften von Galaxien wie auch anderen numerischen oder theoretischen Modellen. So zeigen Beobachtungen z.B., dass die Sternentstehung in Galaxien durch ein Schmidt-Gesetz mit dem Index n zwischen 1.4 und 2 beschrieben werden kann; dies stimmt gut mit unseren Modelldaten überein. Ähnliches gilt für das Massenspektrum der Wolken, das in den Simulationen durch ein Potenzgesetz mit dem Index a~-2 beschrieben werden kann. Damit passt das Massenspektrum zu Beobachtungen und auch den Vorhersagen der entsprechenden theoretischen Modelle. Das diffuse ISM kann in eine warme und eine heiße Phase unterteilt werden. Erstere befindet sich in einer Scheibe während das heiße Gas überwiegend im Halo zu finden ist. In einem nächsten Schritt soll das Programm auf wechselwirkende Galaxien angewendet werden. Dabei soll u.a. untersucht werden unter welchen Voraussetzungen sogenannte star bursts ausgelöst werden können.