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Universitäts-Sternwarte München


Fakultät für Physik der Ludwig-Maximilians-Universität

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Bachelor- & Masterarbeiten
an der Universitäts-Sternwarte

Für allgemeine Fragen kontaktieren Sie bitte A. Riffeser (arri@usm.lmu.de).
Einige Bachelorarbeiten können auch umfangreicher gestaltet werden und dann an zwei Studenten vergeben werden, die das Projekt gemeinsam bearbeiten.

1. Instrumentierungs- und Beobachtungsprojekte

U. Hopp (hopp@usm.lmu.de), C. Gössl (cag@usm.lmu.de), A. Riffeser (arri@usm.lmu.de), F. Grupp (fug@usm.lmu.de), A. Hess (achim@usm.lmu.de), F. Lang-Bardl (flang@usm.lmu.de)

Projekt 1.1 (Bachelorarbeit): Aufbau und Vermessung optischer Komponenten und Detektoren für neue Instrumente des Wendelstein-Observatoriums (U. Hopp hopp@usm.lmu.de, F. Grupp, C. Gössl, F. Lang-Bardl)

Für das neue 2-m-Teleskop auf dem Wendelstein werden zur Zeit mehrere Instrumente und optische Messgeräte entwickelt. Hierfür müssen optische Komponenten, wie z. B. Filter, Glasfasern, Linsen oder elektronische Detektoren (CCDs) vermessen und getestet werden. Projekte in diesem Umfeld können nach Interesse des jeweiligen Studierenden vergeben werden und beinhalten Laborarbeit in München, bei Interesse auch Entwicklung kleiner Steuerungs-Skripten, sowie Auswertung und Dokumentation der Messungen.

Projekt 1.2 (Bachelorarbeit): Entwicklung und Test von elektronischen Steuerungskomponenten und Mechanismen für Großteleskope (M. Häuser mhaeuser@usm.lmu.de, A. Hess achim@usm.lmu.de)

Diese Bachelorarbeit setzt Interesse an elektronischen Schaltungen voraus. Im Rahmen des Baus des MICADO-Instruments für das 39-m-EELT-Teleskop in Chile sind diverse Mechanismen und elektronische Steuerungskomponenten zu bauen und zu testen. Technologien und Mechanismen müssen bei Raumtemperatur an der USM getestet werden. Die Arbeit umfasst die Durchführung und Dokumentation von Tests diverser motorisierter und sensorischer Hardware bei Raumtemperatur zur Vorbereitung auf Tests bei 80 K in unserem Kryostaten. Hierzu gehört beispielsweise auch die Automatisierung von Testständen in den Laboren der Sternwarte. Es werden sowohl komplett selbst entwickelte Elektronikkomponenten verwendet, als auch industrielle Standardtechnologien wie CAN-BUS-Controller und SPS-Steuerungen (Vorwissen wünschenswert aber nicht notwendig). Zusätzlich kann je nach genauem Thema ein rein astrophysikalisches Beobachtungs- und/oder Datenauswertungsprojekt in Zusammenarbeit mit dem Wendelstein-Observatorium absolviert werden.

Projekt 1.3 (Masterarbeit): Entwicklung von Instrumentsteuerungen wie zum Beispiel SPS-Test-Systemen mit Beckhoff-SPS für Großteleskope (M. Häuser mhaeuser@usm.lmu.de, A. Hess achim@usm.lmu.de)

Diese Masterarbeit setzt Interesse an elektronischen Steuerungen und Sensorik voraus. Vorkenntnisse in Elektronik (u. U. entsprechende Master- oder Bachelorvorlesungen) und SPS-Technologien im besonderen sind von Vorteil. Im Rahmen des Baus des MICADO-Instruments für das 39-m-EELT-Teleskop in Chile sind diverse Mechanismen und elektronische Steuerungskomponenten zu entwickeln, bauen und zu testen. Mechanismen und Sensorik müssen in einem Test-Kroystat (~80 K) an der USM getestet und von Beckhoff-SPS gesteuert werden. Die Arbeit umfasst die Konzipierung, Durchführung und Dokumentation von Tests diverser Hardware bei Raumtemperatur und bei ~80 K in unserem Kryostaten. Ergebnisse müssen aufbereitet werden um im Rahmen des MICADO-Projekts von anderen internationalen Konsortiumspartnern verwendet zu werden. Als Steuerungselektronik werden Beckhoff-SPS eingesetzt. Zusätzlich kann je nach genauem Thema ein rein astrophysikalisches Beobachtungs- und/oder Datenauswertungsprojekt in Zusammenarbeit mit dem Wendelstein-Observatorium absolviert werden.

Projekt 1.4 (Bachelorarbeit): Charakterisierung des Koronographen des Wendelstein-Observatorium (U. Hopp hopp@usm.lmu.de, F. Grupp)

Die Eigenschaften des Teleskops im abbildenden und spektroskopischen Betrieb zur Beobachtung des Sonne im Weißlicht, im Hα-Licht sowie bei spektraler Beobachtung sollen untersucht und dokumentiert werden. Im Rahmen dieses Projektes können mehrere Praktikumsanleitungen erarbeitet werden

Projekt 1.5 (Bachelorarbeit): Literaturarbeiten zum astronomischen Instrumentenbau (U. Hopp hopp@usm.lmu.de, F. Grupp)

Neuere Entwicklung zum Instrumenten- und Teleskopbau einschließlich Justagemethoden und Berücksichtigung von Umwelteinflüssen werden oft in nur schlecht erschlossenen Tagungsbeiträgen dokumentiert. Im Rahmen dieser Arbeit(en) sollen die über mehrere Bände verstreuten Beiträge kritisch zusammengestellt werden. Aktuelle Themenstellungen umfassen z. B. SPIE Beiträge zur Windbelastung von Montierungen, die Diskussion um Reinigung und Bedampfungen von Teleskop- und Instrumentierungsspiegeln mit verschiedenen Technologien, Methoden der Spiegel-Justage (z. B. Hartmann-Analyse).

Projekt 1.6 (Bachelorarbeit): Erstellung von Instrumentensteuerungssoftware (C. Gössl cag@usm.lmu.de)

Diese Arbeit setzt Interesse und Vorkenntnisse im Programmieren voraus. Im Rahmen des Aufbaus der Instrumentierung für das 2-m-Teleskop am Observatorium Wendelstein sind diverse Programme zur Steuerung von Subeinheiten zu erstellen. Die Arbeit umfasst die Dokumentation des physikalischen Vorgehens, der gewählten Softwarelösung und ihrer Einbindung in das Gesamtsystem. Hierzu gehört beispielsweise auch die Automatisierung von Testständen in den Laboren der Sternwarte oder die effektive Verwaltung von Standardstern-Datensätzen des 40-cm-Teleskops.

2. Sterne und Planeten

T. Preibisch (preibisch@usm.lmu.de), J. Puls (uh101aw@usm.lmu.de), A. W. A. Pauldrach (uh10107@usm.lmu.de), T. Hoffmann (hoffmann@usm.lmu.de)

Projekt 2.1 (Masterarbeit): Multi-Wellenlängen-Beobachtungen von Sternentstehungsregionen (T. Preibisch preibisch@usm.lmu.de)

In Rahmen von laufenden Forschungsprojekten können bestimmte Teilaspekte bearbeitet werden, z. B. die Korrelation von Objektlisten in verschiedenen Wellenlängenbereichen (vom Röntgenlicht bis hin zum sub-mm-Bereich).

Projekt 2.2 (Bachelorarbeit): Comoving-frame-Strahlungstransport in expandierenden Atmosphären (J. Puls uh101aw@usm.lmu.de)

Die physikalischen Parameter heißer Sterne werden hauptsächlich durch den Vergleich von beobachteten und synthetischen Spektren ermittelt, wobei letztere mit Hilfe sogenannter Modellatmosphärencodes berechnet werden. Eine der wichtigsten Komponenten dieser Simulationen bildet der Linienstrahlungstransport, der aufgrund der Expansion der äußeren Atmosphären dieser Sterne (= stellarer Wind) zweckmäßigerweise im mitbewegten Bezugssystem (comoving frame) gelöst und durch eine (hyperbolische) partielle Differentialgleichung beschrieben wird. In den an unserem Institut entwickelten numerischen Codes wird ein sogenanntes implizites Schema verwendet, das sich durch hohe Stabilität, aber relativ geringe Genauigkeit auszeichnet. Im Rahmen einer Bachelorarbeit soll ein alternatives semi-implizites Verfahren, das eine prinzipiell höhere Genauigkeit erlaubt, implementiert, getestet und mit dem impliziten Verfahren verglichen werden.

Projekt 2.3 (Masterarbeit): Modellatmosphären und synthetische Spektren für Wolf-Rayet-Sterne (J. Puls uh101aw@usm.lmu.de)

Der von unserer Arbeitsgruppe entwickelte Modellatmosphärencode “Fastwind” ist einer der weltweit verbreitetsten Codes zur Berechnung von optischen/IR-Spektren massereicher Sterne des Spektraltyps O und B. Die hier vorgestellte Masterarbeit zielt darauf ab, den Code schrittweise dahingehend zu erweitern, daß auch die Spektren von sogenannten Wolf-Rayet-Sternen synthetisiert werden können. Der wichtigste Unterschied der Atmosphären solcher Wolf-Rayet (WR) Sterne im Vergleich zu denjenigen “normaler” Sterne liegt in einer erheblich höheren Winddichte (praktisch alle optischen Linien werden hauptsächlich im Wind gebildet) und in einer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung: meistens ist die Helium- und Stickstoffhäufigkeit (Produkte des CNO-Zyklus) stark erhöht und die Wasserstoffhäufigkeit drastisch reduziert (bis zu Null). Die hier vorgestellte Arbeit erfordert starkes Interesse an der Implementierung numerischer Verfahren.

Projekt 2.4 (Masterarbeit): 3-D Strahlungstransport in stellaren Winden heißer Sterne (J. Puls uh101aw@usm.lmu.de)

In den letzten Jahren wurde erheblicher Fortschritt in der theoretischen Beschreibung stellarer Winde heißer Sterne erzielt, insbesondere im Hinblick auf den Einfluss von schneller Rotation und Magnetfeldern. Diese theoretischen Vorhersagen müssen nun anhand beobachteter Spektren überprüft werden, was eine Abkehr von der in gegenwärtigen Analysemethoden verwendeten sphärisch-symmetrischen Geometrie voraussetzt. Im Hinblick auf zukünftige Entwicklungen und schon jetzt vorhandene Rechnerkapazitäten ist eine Behandlung in 3-dimensionaler kartesischer Geometrie vorteilhaft. In dieser Masterarbeit soll die Synthese von Windlinien, basierend auf einer solchen Geometrie und einem sog. Zwei-Niveau-Atom, ermöglicht werden, und zwei verschiedene Methoden (short bzw. long characteristics) verglichen werden. Die erzielten Genauigkeiten können für Spezialfälle durch einen Vergleich mit schon vorhandenen 1-D sphärisch-symmetrischen Rechnungen ermittelt werden. Vorliegende Masterarbeit bildet einen ersten Baustein für Modelle und Spektrumsyntheserechnungen von expandierenden Atmosphären in drei Dimensionen, und zukünftige Kopplungen mit hydrodynamischen Modellen.

Projekt 2.5 (Bachelorarbeit): Korrelation zwischen Röntgenstrahlungsemission und den fundamentalen Parametern heißer Sterne (T. Hoffmann hoffmann@usm.lmu.de, A. W. A. Pauldrach)

Mittels eines gleichzeitigen Vergleichs von beobachteten und zu berechnenden Röntgen- und UV-Spektren eines Samples von heißen Sternen soll eine mögliche Korrelation zwischen der Stärke der Röntgenemission und den fundamentalen Sternparametern untersucht werden. Dies wird es ermöglichen, die dynamischen Prozesse, die in den Atmosphären zur Produktion der Röntgenstrahlung führen, näher zu verstehen. Programmierkenntnisse in Fortran werden vorausgesetzt.

Projekt 2.6 (Bachelorarbeit): Berechnung des Massenverlustes von extrem massereichen Sternen (A. W. A. Pauldrach uh10107@usm.lmu.de, T. Hoffmann)

Für extrem massereiche Sterne, die in dichten Sternclustern durch Kollisions- und Verschmelzungsprozesse entstehen könnten und deren Massen bei bis zu wenigen tausend Sonnenmassen liegen würden, sollen mit einem im wesentlichen bestehenden Programm Massenverlustraten für ein Modellgitter berechnet werden (s.  http://www.usm.uni-muenchen.de/people/adi/RevBer/HotStars-OForT-Mod.html). Die berechneten Werte stellen wichtige Größen dar, um die Entwicklung solcher Objekte zu beschreiben und ihre Spektren zu berechnen, und auf diesem Wege zu überprüfen, ob sie in heutigen Starburst-Clustern tatsächlich vorhanden sind. Programmierkenntnisse in Fortran werden vorausgesetzt.

3. Galaxien

H. Lesch (lesch@usm.lmu.de), R. Saglia (saglia@usm.lmu.de), J. Thomas (jthomas@mpe.mpg.de), OPINAS Group (http://www2011.mpe.mpg.de/opinas/education/PhD_Projects/phd_thesis_topics.html)

Projekt 3.1 (Bachelorarbeit): Dynamos in Galaxien (H. Lesch lesch@usm.lmu.de)

Alle Galaxien sind magnetisiert. Woher kommen galaktische Magnetfelder, wie werden sie aufrechterhalten und welche Struktur haben sie? Das sind die Fragen die uns umtreiben. Innerhalb der Arbeit soll mit analytischen Rechnungen ein Modell zur Verstärkung galaktischer Magnetfelder entwickelt werden.

Projekt 3.2 (Bachelorarbeit): Zur Ausbreitung kosmischer Strahlung in der Milchstraße (H. Lesch lesch@usm.lmu.de)

Die kosmische Strahlung stellt einen leichten, aber sehr druckvollen Anteil des interstellaren Mediums dar. Durch ihre Druckwirkung auf die Magnetfelder kann sie erheblich zum galaktischen Dynamo beitragen. In diesem Projekt sollen die Eigenschaften galaktischer kosmischer Strahlung und ihr Einfluss auf die Gamma-Emission untersucht werden.

Projekt 3.3 (Bachelorarbeit): Das Alter einer Galaxie (R. Saglia saglia@usm.lmu.de)

Wie wird das Alter einer Galaxie gemessen? Ziel dieser Arbeit ist die Beschreibung der Methoden zur Altersbestimmung vor Galaxien und ihrer Unsicherheiten. Wenn die Zeit reicht, kann man selber versuchen, aus vorhanden Spektren das Alter von ausgewählten Galaxien zu messen.

Projekt 3.4 (Bachelor-/Masterarbeit): Die Modellierung der Dynamik von stellaren Scheiben (R. Saglia saglia@usm.lmu.de, J. Thomas jthomas@mpe.mpg.de)

Die Modellierung von dreidimensionalen Galaxien wird oft mit der Schwarzschild-Methode durchgeführt. Man rechnet Sternbahnen in einem gegebenen Gravitationspotential und findet die optimale Mischung, die die gemessenen Daten am besten reproduzieren kann. Die Modellierung von Galaxien mit Scheiben, die fast zweidimensional sind, mit derselben Methode stellt Fragen, die noch ungelöst sind. Wie optimiert man die Berechnung des Potentials? Wie bestimmt man die richtige Regularisierung (d. h. die Glättung) der Lösung? Wie gut ist die Methode für realistische Galaxien? Während der Arbeit werden Lösungen zu diesen Fragen getestet und implementiert.

Projekt 3.5 (Bachelorarbeit): Massenbestimmung von supermassereichen schwarzen Löchern in Galaxienzentren (R. Saglia saglia@usm.lmu.de)

Wie werden die Massen von supermassereichen schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien gemessen? Wie gut sind sie? Wieviel Masse steckt insgesamt in diesen supermassereichen schwarzen Löchern? Die Ergebnisse der Forschung der letzten Jahren sollten zusammengefasst werden.

Projekt 3.6 (Masterarbeit): Dunkle Materie in Zwergellipsen (R. Saglia saglia@usm.lmu.de)

Elliptische Galaxien sind in massiven dunklen Halos eingebettet. Über die dunklen Halos der Zwergellipsen wissen wir aber wenig, weil die niedrigen Geschwindigkeiten ihrer Sterne schwer zu messen sind. Dank unseres neuen hochauflösenden zwei-dimensionalen Spektrographens VIRUS-W waren wir in der Lage, Spektren von mehreren Zwergellipsen des Virgo-Haufens zu messen. Ziel dieser Masterarbeit ist die Ausarbeitung und Analyse dieser Daten, die dynamische Modellierung und die Bestimmung der Dichte der dunklen Materie in diesen Galaxien.

4. Kosmologie

J. Weller (weller@usm.lmu.de), R. Saglia (saglia@usm.lmu.de), J. Mohr (jmohr@usm.lmu.de)

Projekt 4.1 (Bachelorarbeit): Entfernungen zu Supernovae in verschiedenen kosmologischen Modellen (J. Weller weller@usm.lmu.de)

Für verschiedene Friedmann-Modelle sollen die Beziehung zwischen Entfernung und Rotverschiebung abgeleitet werden. Durch Vergleich mit Supernova-Daten sollen daraus Randbedingungen an die kosmologischen Parameter abgeleitet werden. Dies wird mit Hilfe sogenannter Monte-Carlo-Markov-Ketten analysiert. Wenn die Zeit reicht, kann die Analyse auf Modelle mit extra Dimensionen ausgeweitet werden.

Projekt 4.2 (Bachelorarbeit): Die Entwicklung der Größe der Galaxien (R. Saglia saglia@usm.lmu.de)

Eine Galaxie ändert ihre Größe im Laufe ihres Lebens. Ziel dieser Arbeit ist die Zusammenfassung der Ergebnisse die in den letzten Jahren publiziert worden sind. Wie wird die Größe einer Galaxie gemessen? Wie schnell ändert sich die Größe einer Galaxie mit der Zeit? Gibt es eine Abhängigkeit von der Masse der Galaxie? Warum ändert sich die Größe einer Galaxie mit der Zeit?

5. Gravitationslinsen

S. Seitz (seitz@usm.lmu.de), A. Riffeser (arri@usm.lmu.de)

6. Numerische Astrophysik

A. Burkert (burkert@usm.lmu.de), B. Ercolano (ercolano@usm.lmu.de), K. Dolag (dolag@usm.lmu.de)

Bachelor- und Masterarbeiten auf dem Gebiet der numerischen und theoretischen Astrophysik können prinzipiell jederzeit in folgenden Bereichen angeboten werden:

  • Die Struktur der turbulenten interstellaren Materie (ISM) und die Entstehung von Molekülwolken
  • Entstehung von Planeten, Sternen und Sternhaufen
  • Sterne und deren Einfluss auf die umgebende interstellare Materie
  • Strahlungstransport
  • Galaxienentstehung und -evolution im kosmologischen Kontext (lokale Galaxien bis zu hoher Rotverschiebung, Galaxienhaufen, kosmisches Web, schwarze Löcher, selbstregulierende Sternentstehung)
  • Galaktische Dynamik
  • Aktive galaktische Kerne (AGN)
  • Ursprung und Natur der Gaswolke G2, nahe dem Zentrum der Milchstraße
  • Die Struktur und Entstehung von Dunkle-Materie-Halos
  • Magnetfelder und deren Rolle von kleinen bis zu kosmischen Skalen
  • Nutzung und Weiterentwicklung von Simulationssoftware auf parallelisierten CPUs oder GPUs (Grafikprozessoren); unsere hydrodynamischen Codes basieren auf Teilchen (SPH/N-Body), Gitter (Grid), oder dem Moving-Mesh- oder Meshless-Verfahren
  • Software zur dreidimensionalen Datenvisualisierung

Konkrete Themen werden in der Regel im Zusammenhang mit laufenden Forschungsprojekten gewählt. Mehr Informationen über aktuelle und abgeschlossene Projekte finden sich auf der Homepage der CAST-Gruppe.

Letzte Änderung 18. April 2017 11:48 durch Webmaster (webmaster@usm.uni-muenchen.de)