Toomre-Q-Parameter-Scheibenstabilität-Rechner
Toomre 1964 Scheibenstabilität-Q: Q = c_s κ / πGΣ. Galaxien, protoplanetare Scheiben. INAF Rom 2002, TNG La Palma 1998.
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Toomre-Q-Parameter-Scheibenstabilität-Rechner
Der Toomre-Q-Parameter-Rechner bestimmt die gravitative Stabilität einer differenziell rotierenden Scheibe (galaktisch, protoplanetar, Akkretion) gegen Fragmentation, nach der Formulierung des estnisch-amerikanischen Physikers Alar Toomre 1964 Astrophysical Journal 139, 1217 MIT. Die klassische Gas-Scheibe-Formel: Q = c_s · κ / (π · G · Σ), während Stern-Scheibe: Q = σ_R · κ / (3,36 · G · Σ), mit c_s Schallgeschwindigkeit m/s, σ_R stellare radiale Geschwindigkeitsdispersion m/s, κ Epizyklische Frequenz s⁻¹ (κ² = R · dΩ²/dR + 4Ω²), G Gravitationskonstante (6,674×10⁻¹¹), Σ Oberflächendichte kg/m². Toomre-Stabilitätskriterium: Q > 1 stabil (keine Fragmentation); Q = 1 marginal (Sternentstehungs-Schwelle); Q < 1 instabil mit gravitativer Fragmentation → Protosterne, Spiralarme, Balken, Planetesimale. Für Zwei-Komponenten-Gas+Sterne-Scheibe (Wang-Silk 1994 + Romeo 2017): 1/Q_eff = 2 (1/Q_g + 1/Q_*) / [1 + (Q_g/Q_*)²]. Charakteristische epizyklische Frequenz: Keplersche Scheibe (Ω ∝ R⁻³/²) κ = Ω; flache Rotation κ = √2 · Ω;
starrer Körper κ = 2Ω. Die italienischen astrophysikalischen Anwendungen:
- Milchstraßen-Spiralarme (Q ≈ 1,5 galaktische Scheibe, Q < 1 in HII-aktiver Sternentstehung W3, Sagittarius B2, Orion)
- M51 NGC 5194 Spiralgalaxie INAF Bologna 1936
- NGC 1300, M83 Balkengalaxien INAF
- Andromeda M31 INAF Triest 1898 (Q ≈ 2 stabil)
- T-Tauri-Protoplanetare Scheiben ALMA INAF Padua 1761 (Q ≈ 1 Planetesimal-Bildung)
- AGN/Schwarzes-Loch-Akkretionsscheiben Cygnus X-1 INAF Brera Mailand 1762. Die italienischen MHD-Scheiben-Simulationen: CINECA Bologna 1969 Marconi100 30 PFlops + Leonardo HPC pre-exascale 250 PFlops 2023 (5. TOP500). Die italienischen galaktischen Institutionen: INAF Rom 2002 (16 Observatorien); SISSA Triest 1978; Universität Padua 1222 Galileo Galilei. Italienische galaktische Teleskope: TNG La Palma 1998 3,58 m; LBT Mount Graham Arizona 2005 2×8,4 m INAF 25%; VST Cerro Paranal Chile 2011 2,6 m + ESO; SRT Sardinien 2013 64 m Radio
Italienische Toomre-Q-Scheiben-Tabellen
| System | c_s (km/s) | κ (km/s/kpc) | Σ (M_Sonne/pc²) | Q typisch | Stabilitätszustand |
|---|---|---|---|---|---|
| Milchstraße Sonne 8,3 kpc | 10 | 30 | 50 | 1,5 | Marginal stabil |
| Innere Spiralarme | 5 | 40 | 100 | 0,8 | Instabil, Sternentstehung |
| Andromeda M31 Scheibe | 8 | 25 | 30 | 2,0 | Stabil galaktisch |
| Balkengalaxie NGC 1300 | 15 | 50 | 500 | 0,4 | Balken-Instabilität |
| Protoplanetare Scheibe AU | 0,5 | 200 | 1.000 | 0,9 | Planetesimal-Fragmentation |
| AGN-Scheibe 100 pc | 20 | 500 | 10.000 | 0,3 | Sternentstehung in Scheibe |
(Quelle: Toomre 1964 + Romeo & Wiegert 2011 + Binney & Tremaine 2008 + INAF Rom 2002).
Italienische Toomre-Q-Berechnungsbeispiele
- Milchstraße Sonne 8,3 kpc INAF Bologna 1936: c_s = 10 km/s kaltes HI-Gas; κ = 30 km/s/kpc Rotationskurve V_circ = 220 km/s; Σ = 50 M_Sonne/pc². Q_Gas ≈ 1,5 marginal stabil
- Innere Spiralarme Milchstraße W3 INAF: c_s = 5 km/s, Σ = 100. Q = 0,8 instabil
- Andromeda M31 galaktische Scheibe 778 kpc INAF Triest 1898: c_s = 8 km/s, Σ = 30. Q = 2,0 stabil
- NGC 1300 Balkengalaxie INAF Capodimonte Neapel 1812: c_s = 15 km/s, Σ = 500. Q = 0,4 Balken-Instabilität
- Protoplanetare Scheibe T-Tauri ρ Ophiuchi ALMA INAF Padua 1761: c_s = 0,5 km/s, Σ = 1.000. Q = 0,9 Planetesimal-Fragmentation Jupiter 50 AU
- AGN-Scheibe M87 EHT 2019: c_s = 20 km/s. Q = 0,3 Sternentstehung in Scheibe
- BH-Scheibe Cygnus X-1 INAF Brera 1762: Q = 0,1 instabil
- M83 Balkenspirale INAF Padua Asiago Copernico: Q = 0,6
Italienische galaktische Astrophysik
Die italienische galaktische Astrophysik: INAF Rom 2002 Monte Porzio Catone (16 Observatorien, 1.700 Forscher, 250 Mio. € Budget): Padua 1761 Galileo; Brera Mailand 1762 Schiaparelli; Capodimonte Neapel 1812; Arcetri Florenz 1872; Rom 1786; Triest 1898; Catania-Etna 1880; Bologna Loiano 1936; Palermo 1790; Cagliari 1899 SRT 64 m 2013. INAF-Teleskope: TNG La Palma 1998 3,58 m; LBT Mount Graham Arizona 2005 2×8,4 m INAF 25%; VST Cerro Paranal Chile 2011 2,6 m + ESO; SRT 64 m Sardinien 2013. ASI-Missionen Rom 1988: BeppoSAX 1996-2002; Cassini-Huygens 1997-2017; Mars Express 2003; Rosetta 2004-2016; Cheops 2019; Euclid 2023; JWST 2021. Italienische Physik-Nobelpreise: Marconi 1909, Fermi 1938, Segrè 1959, Rubbia 1984, Giacconi 2002. Ghez + Genzel 2020 Sgr A*. SISSA Triest 1978; ICRA Rom Sapienza 1985 Remo Ruffini; Scuola Normale Pisa 1810 Andrea Ferrara; CINECA Bologna 1969 Marconi100 30 PFlops + Leonardo 250 PFlops 5. TOP500. Deutschland: Max-Planck-Institut Astrophysik Garching 1958 + ESO Garching + Heidelberg. Italienische F&E-Boni 2025: F&E-Steuerguthaben L. 160/2019 25%; Patent Box L. 178/2020; PNRR 6,9 Mrd. €.
Aktualisiert im Juli 2026
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