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Universitäts-Sternwarte München


Fakultät für Physik der Ludwig-Maximilians-Universität

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Bachelorarbeiten
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: 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: 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: 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 1.4: 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 1.5: 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: 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 2.2: 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 2.3: 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.

Projekt 2.4: Die Zukunft der Astronomie – neue Teleskope für die Entdeckung und Charakterisierung von Exoplaneten (Roberto Saglia saglia@mpe.mpg.de, Christian Obermeier chroberm@usm.lmu.de)

Exoplaneten sind ein aktives Forschungsgebiet und eine neue Generation von Teleskopen wird derzeit entwickelt, um verschiedene Aspekte von ihnen zu untersuchen oder zusätzliche Planeten zu entdecken. Ziel dieser Arbeit ist, einen Überblick über die bereits in der Planung befindlichen Teleskope und somit einen Ausblick auf die zukünftige Entwicklung der Beobachtungen zu geben.

Projekt 2.5: Die statistische Verteilung von Planeten – ein Überblick (Roberto Saglia saglia@mpe.mpg.de, Christian Obermeier chroberm@usm.lmu.de)

Seit der ersten Entdeckung eines Exoplaneten um einen Hauptreihenstern im Jahr 2000 gibt es eine jährlich stark anwachsende Zahl von Entdeckungen verschiedener Planetentypen unter Verwendung von verschiedenen Methoden. Aufgrund der mittlerweile enormen Menge von mehreren Tausend bekannten Planeten ist es nun möglich, statistische Aussagen über die Häufigkeit von Planetentypen in Abhängigkeit vom Sterntyp und Umlaufbahn zu treffen. Ziel dieser Arbeit ist, die derzeitigen Kenntnisse zusammenzufassen, die verschiedenen Detektionsmethoden zu erläutern und die, eventuell voneinander abweichenden, Ergebnisse zu diskutieren.

Projekt 2.6: Der Rossiter-McLaughlin Effekt – Vermessung von Sternrotationen mithilfe von Transits (Roberto Saglia saglia@mpe.mpg.de, Christian Obermeier chroberm@usm.lmu.de)

Der Rossiter-McLaughlin Effekt (RME) ist schon seit Jahrzehnten bekannt und wurde ursprünglich bei sich bedeckenden Doppelsternen entdeckt. In den letzten Jahren jedoch konnte dieser Effekt erstmals bei Planeten nachgewiesen werden und erlaubt es, die Rotation des Heimatsterns relativ zum Planeten zu bestimmen. Als eines von wenigen Observatorien wird der Wendelstein ab nächstem Jahr mit dem FOCES-Instrument in der Lage sein, diesen Effekt zu messen. Ziel dieser Arbeit ist, den RME durch Literaturarbeit zu beschreiben und die aktuellen Ergebnisse, und die daraus folgenden interessanten Konsequenzen für die Planetenentstehung, zusammenzufassen.

Projekt 2.7: Supererden – Eigenschaften und Häufigkeiten (Roberto Saglia saglia@mpe.mpg.de, Christian Obermeier chroberm@usm.lmu.de)

Supererden, Felsplaneten mit Radien von mehr als dem zweifachen der Erde, sind in unserem Sonnensystem komplett unbekannt und stellen eine neue Population von Planeten dar. Ziel dieser Arbeit ist die Beschreibung dieser Population, wobei auch auf die Detektionsmethoden von Exoplaneten eingegangen werden sollte, und eine Studie ihrer Verbreitung. Die Ergebnisse der Forschung der letzten Jahre, in denen sich die Kenntnisse rapide vergrößert haben, sollen zusammengefasst werden.

3. Galaxien

H. Lesch (lesch@usm.lmu.de), R. Saglia (saglia@usm.lmu.de), J. Thomas (jthomas@mpe.mpg.de)

Projekt 3.1: 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: 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: 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: 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: 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.

4. Kosmologie, großräumige Strukturen und Gravitationslinsen

J. Weller (weller@usm.lmu.de), R. Saglia (saglia@usm.lmu.de), J. Mohr (jmohr@usm.lmu.de), S. Seitz (stella@usm.lmu.de), A. Riffeser (arri@usm.lmu.de)

Projekt 4.1: 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: 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?

Projekt 4.3: Analyse des starken Linseneffekts von Galaxien mit HST-Daten (S. Seitz stella@usm.lmu.de, A. Riffeser arri@usm.lmu.de)

Aufgrund des starken Gravitationslinseneffekts können Galaxien Galaxien in ihrem Hintergrund in sogenannte Einstein-Ringe oder Mehrfachbilder abbilden. Sie werden untersuchen wie (dunkle und leuchtende) Materie in einer Vordergrundgalaxie verteilt sein muss um die beobachteten Bildkonfigurationen zu reproduzieren. Dafür werden Sie einen öffentlichen Linsen-Quellrekonstruktionscode benutzen und mehrere Linsensysteme untersuchen, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop (HST) beobachtet worden sind.

5. Numerische und theoretische 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 26. Juni 2017 18:00 durch Webmaster (webmaster@usm.uni-muenchen.de)