A. Rebetzky

Fremde Welten auf dem Graphikschirm : die Bedeutung der Visualisierung für die Astrophysik

Unsere Vorstellung von der uns umgebenden Welt ist im wesentlichen durch optische Eindrucke gepragt. Durch die Beschrankungen des menschlichen Auges konnen wir viele Bereiche nicht direkt visuell wahrnehmen, wie z. B. atomare und kosmische Objekte, mit Lichtgeschwindigkeit ablaufende Vorgange und elektromagnetische Strahlung auserhalb des sichtbaren Bereichs. Die Menschen versuchen aus diesem Grund seit Jahrhunderten durch kunstvolle Instrumente wie Mikroskope, Fernrohre sowie schnelle und multispektrale Detektoren die Grenzen ihrer Wahrnehmung zu erweitern . Dies ist jedoch aufgrund physikalischer Gesetze nicht im beliebigen Mase moglich. Obwohl auch die Computer selbst diesen grundsatzlichen physikalischen Beschrankungen unterliegen, sind sie doch ein Instrument, um mit Simulationsrechnungen im Rahmen der gultigen physikalischen Gesetze und durch Visualisierung der Ergebnisse diese fremden Welten sichtbar zu machen. Dies soll an einigen Beispielen, bei denen der Graphikschirm als Supermikroskop, als Riesenfernrohr und als Fenster zur Welt von Einstein dient, demonstriert werden. Our picture of the world around us is determined essentially by optical impressions. Due to the limitations of the human eye, we cannot directly perceive many fjelds visualIy, e .g. atomic and cosmic objects, processes occurring with the velocity of light, and electromagnetic radiation outside the visual range. For this reason, humans have tried for centuries to expand the limits of their visual perception with the help of imaginative instruments such as microscopes, telescopes, and fast und multispectral detectors. Because of the laws of physics, this is not possible to an arbitrary extent. Although the computer itself is restricted to these fundamental physical constraints, it is an instrument with which we, using simulation calculations within the framework of the physical laws and through visualization of the results, can make these strange worlds visible. This will be demonstrated by several examples in which the graphics display serves as super microscope, giant telescope and window to the world of Einstein.

Computersimulation in der Astrophysik

Unser Wissen uber die Struktur des Kosmos und die darin enthaltenen Objekte stammt aus der sorgfaltigen Analyse der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, verbunden mit einer theoretischen Modellierung im Rahmen der von uns erforschten Naturgesetze. Die Beobachtungen erstrecken sich dabei heute vom Radiowellenbereich uber den Infrarot-, den optischen, den Rontgenbereich bis hin zum Hochstenergie-Gamma-Bereich, also uber mehr als 20 Dekaden des elektromagnetischen Spektrums. Eine realistische Modellierung der Systeme im Rahmen einer beobachtungsnahen Theorie erfordert vor allem bei Systemparameterstudien im allgemeinen den Einsatz der grosten verfugbaren Rechenleistungen.

Accretion Phenomena at Neutron Stars

The basic picture of an X-ray pulsar is that of a strongly magnetized neutron star which accretes matter from its companion. The reason for mass transfer can be a strong wind of the companion or a Roche-lobe overflow from the companion through the inner Lagrangian point. In the latter case the matter forms an accretion disk around the neutron star, in which it spirals inwards and heats up due to viscous interaction. If the neutron star is strongly magnetized, the disk does not reach to the surface of the neutron star, because at the Alfven radius the matter is dominated by the magnetic forces. The physics of this region, where the matter couples to the magnetic field lines, is not yet fully understood. The ionized matter which is on the field lines is accelerated by the strong gravitational field and falls along the magnetic field lines towards the magnetic poles of the neutron star, where it reaches velocities of about c/2 (c = is the velocity of light). The fully ionized matter is stopped in the atmosphere of the neutron star and its kinetic energy is converted into radiation energy. This region, where the radiation is produced, is called the “hot spot”.

Simulation mit Supercomputern: Ein neues Werkzeug der Physik

Unser Wissen uber die Struktur des Kosmos und die darin enthaltenen Objekte stammt aus der sorgfaltigen Analyse der auf der Erde einfallenden elektromagnetischen Strahlung, verbunden mit einer theoretischen Modellierung im Rahmen der von uns erforschten Naturgesetze. Die astronomischen Beobachtungen erstrecken sich dabei heute vom Radiowellenbereich uber den Infrarot-, den optischen, den Rontgenbereich bis hin zum Hochstenergie-Gamma-Bereich, also uber mehr als 20 Dekaden des elektromagnetischen Spektrums.

Iterative Scattering Approach to Radiative Transfer

A solution of the coherent radiative transfer problem in two-dimensional geometries by an Iterative-Scattering-Algorithm (ISA) is presented. The method is efficient for optically thin media and can reasonably be applied up to an optical depth where the diffusion approximation becomes valid. We treat a simplified model of an X-ray pulsar accretion column and compare the results obtained by the ISA with both, Monte-Carlo computations and diffusion approximation.

Radiative transfer in optically thick plasmas of accretion columns

A self-consistent time-independent model of accretion columns of strongly magnetized neutron stars is presented. The problem of coupled frequency-dependent radiative transfer and hydrodynamics is briefly described. By numerically solving the equations we find an upper limit for the mass accretion rate, beyond which there are no stationary solutions. Furthermore, it turns out that effects of aberration and Doppler shift strongly affect the resulting spectra and beaming characteristics.