Astrophysikalische Strömungsinstabilität und Turbulenz

Strömungsphysikalische Prozesse sind in der Astrophysik allgegenwärtige Phänomene, die auf ganz unterschiedlichen Längenskalen und unter ganz unterschiedlichen Bedingungen ablaufen. Sie erstrecken sich von sehr hohen Dichten im Inneren von Sternen und Planeten bis hin zu extrem geringen Dichten im intergalaktischen Medium. Diese Strömungen sind im Allgemeinen turbulent, d.h. in hohem Maße ungeordnet in Ort und Zeit. In vielen Fällen entstehen dabei große Geschwindigkeits- und Druck-gradienten, die eine wichtige Rolle bei Transportprozessen spielen. Turbulente Strömungen stellen so einen Schlüsselprozess für die Entstehung und Entwicklung einer Vielzahl von Geo- und Astro-physikalischen Systemen dar, wobei Rotation, Konvektion oder Magnetfelder involviert sein können. Die Universalität der astrophysikalischen Turbulenz verbindet somit die Physik des Inneren von Planeten und Sternen mit Akkretionsscheiben und dem intergalaktischen Gas. Drehimpulstransport durch Turbulenz spielt eine entscheidende Rolle bei der Bildung von Galaxien und Sternen, bei der Durchmischung des interstellaren sowie intergalaktischen Mediums genauso, wie bei der Entwicklung von Akkretionsscheiben oder der differentiellen Rotation von sonnenähnlichen Sternen. Die Verstärkung von Magnetfeldern durch turbulente Dynamoprozesse ist ein ähnlich universelles Phänomen und kann in Planeten, Sternen und Galaxien studiert werden. Strömungsinstabilitäten, zum Beispiel hervorgerufen durch Staubbildung oder junge Planeten in proto- planetaren Scheiben, können die Entwicklung astrophysikalischer Systeme maßgeblich beeinflussen. Turbulenz und Strömungs- instabilitäten spielen darüber hinaus auch bei unterschiedlichen Wechselwirkungsprozessen eine Rolle, zum Beispiel bei der Energiedissipation durch Gezeiten.
Durch die Zusammenstellung der Projekte in diesem Sonder- forschungsbereich können wir verschiedene Aspekte der turbulenten Erzeugung und Verstärkung von Magnetfeldern, der Turbulenz und Instabilität in rotierenden Systemen sowie des Zusammenspiels von Turbulenz und Strömungsinstabilität mit Gravitation, Strahlung und Staubteilchen untersuchen und somit grundlegende Fragen im Zusammenhang mit der Entstehung und Entwicklung von Planeten, Sternen und Galaxien angehen.