KOSMA-tau PDR Code

KOSMA-tau ist ein numerischer Code zur Berechnung der physikalischen und chemischen Struktur einer kugelförmigen Molekülwolke, einer so genannten Photo-Dissoziationsregion (PDR). Dieser Code wurde aus einem früheren PDR-Code entwickelt, der von A. Sternberg von der Universität Tel Aviv in Israel geschrieben wurde (Sternberg & Dalgarno 1989; Sternberg & Dalgarno 1995). Sein ursprünglicher Code verwendet eine planparallele Geometrie und wurde aktualisiert, um sphärische Geometrie zu verwenden.

Numerisches Lösungsschema

  • Chemie: Die Lösung des chemischen Problems ist gleichbedeutend mit der Lösung eines nichtlinearen Systems von Geschwindigkeitsgleichungen, eine Gleichung für jede chemische Spezies, die im Modell enthalten ist. Die Ratengleichung umfasst alle Bildungs- und Zerstörungsreaktionen dieser speziellen Spezies.
  • Energiebilanz: Das Lösen der Energiebilanz bedeutet, dass alle Heiz- und Kühlungsprozesse bilanziert werden, um die lokale kinetische Gas- (und Staub-) Temperatur abzuleiten.
  • Niveau-Population: Lösung des Anregungsproblems, d. h. Berechnung der Energieniveaupopulation der Arten, die für die Energiebilanz und die Emission des Modellklumpens relevant sind. Auch hier handelt es sich um ein System nichtlinearer Ratengleichungen, in dem alle Besetzungs- und Entbesetzungsprozesse, wie z. B. Kollisionen und Strahlungszerfälle, enthalten sind (eine Ratengleichung pro Energieniveau).
  • Strahlungstransport: Beim Strahlungstransfer werden die Emissions- und Absorptionsprozesse entlang einer Sichtlinie durch die Modellwolke berechnet. Dies bringt die Geometrie ins Spiel und koppelt entfernte Wolkenvolumina miteinander, d.h. koppelt die physikalischen und chemischen Bedingungen verschiedener Teile der Wolke miteinander.

Die verschiedenen "Blöcke" in dem genannten Schema hängen voneinander ab, was eine iterative Lösung erforderlich macht. Das Ergebnis ist die chemische und physikalische Struktur der Modellwolke als Funktion des Radius.

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