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Universitäts-Sternwarte München


Fakultät für Physik der Ludwig-Maximilians-Universität

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Masterarbeiten
an der Universitäts-Sternwarte

Für allgemeine Fragen kontaktieren Sie bitte A. Riffeser (arri@usm.lmu.de).

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: 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.

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: 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: 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 2.3: 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 2.4: Perioden-Leuchtkraft-Relation von langperiodisch veränderlichen Sternen in M31 (J.Snigula snigula@usm.lmu.de, A. Riffeser arri@usm.lmu.de)

Im Vergleich zu kurzperiodisch veränderlichen Sternen wie Cepheiden oder RR-Lyrae sind langperiodisch veränderliche Sterne noch relativ wenig untersucht. In den letzen Jahren wurde auf Basis der OGLE-Daten erstmals für eine große Anzahl von Veränderlichen in den Magellanschen Wolken eine Perioden-Leuchtkraft-Relation aufgestellt. Ziel der Masterarbeit ist es, die langperiodisch Veränderlichen aus dem Pandromeda-Datensatz zu überprüfen, und aus den verfügbaren optischen und nah-infraroten Beobachtungen von M31 Helligkeiten zu gewinnen um die Perioden-Leuchtkraft-Relation zu erstellen und mit der publizierten Relation für die Magellanschen Wolken zu vergleichen.

3. Galaxien

H. Lesch (lesch@usm.lmu.de), R. Saglia (saglia@usm.lmu.de), J. Thomas (jthomas@mpe.mpg.de), OPINAS Group (http://www.mpe.mpg.de/1761897/Master-_und_Doktorarbeiten)

Projekt 3.1: 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 3.2: 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, 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), OPINAS Group (http://www.mpe.mpg.de/1761897/Master-_und_Doktorarbeiten)

Projekt 4.1: Vergleich von simulierten und beobachteten “red-sequence”-Galaxienhaufen (S. Seitz stella@usm.lmu.de, K. Dolag dolag@usm.lmu.de)

Der dominante Anteil von Galaxien in Galaxienhaufen sind “rote” Galaxien (S0 oder elliptische Galaxien), d.h. Galaxien ohne gegenwärtige Sternentstehung. Das führt dazu, dass sie sich im Farben-Magnituden-Raum auf der sogenannte “red sequence” befinden. In Multi-Band photometrischen Surveys (z.B. dem Dark Energy Survey DES) findet man Galaxienhaufen durch ihre red-sequence-Galaxienpopulation, und bestimmt ihre (photometrischen) Rotverschiebungen an Hand der Farben der red-sequence-Galaxien. Die Anzahl der roten Galaxien eines Galaxienhaufens wird benutzt um seine “Richness” festzulegen, eine Zahl, die stark mit der Gesamtmasse des Galaxienhaufens korreliert. Für viele Zwecke in der Kosmologie möchte man die in den Beobachtungen identifizierten Galaxienhaufen mit Galaxienhaufen, die numerisch im Kontext von Strukturbildung simuliert worden sind, vergleichen. Z.B. möchte man den genauen Zusammenhang zwischen Richness und Galaxienhaufenmasse und die zugehörige Streung wissen, oder man möchte wissen, wieviel dunkle Materie mit den einzelnen roten Galaxien assoziert ist (als Funktion ihrer Helligkeit und Position im Galaxienhaufen). Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, die Technik der Beobachter, Galaxienhaufen zu finden, auf simulierte Galaxienhaufen anwendbar zu machen, und Haufenkataloge mit Richness, roten Haufenmitgliedern und dunkle-Materie-Halo-Massen der individuellen Haufenmitglieder abzuleiten. Die Ergebnisse können dann mit den Ergebnissen aus den Beobachtungen verglichen werden, und es können die Ergebnisse von gegenwärtigen und zukünftigen Beobachtungen vorhergesagt werden.

Projekt 4.2: Galaxienhaufenmassenrekonstruktionen mit Hilfe des schwachen Gravitationslinseneffekts (S. Seitz stella@usm.lmu.de, T. Varga vargatn@usm.lmu.de)

Durch ihre (leuchtende und dunkle) Materiekomponenten verzerren Galaxienhaufen Lichtbündel die sie durchqueren. Dieser sogenannte schwache Gravitationslinseneffekt verändert die Form von Galaxien im Hintergrund von Galaxienhaufen und dreht die Hauptachsen (von ihren Ellipsoiden) vorwiegend tangential zu den Galaxienhaufenzentren. Man kann die relevanten Relationen invertieren und Massenkarten von Galaxienhaufen erstellen, ihre Profile und “totalen” Massen messen. Wir bieten Masterarbeiten auf diesem Thema, wobei die Daten entweder von unserem 2-m-Wendelsteinteleskop stammen, oder öffentliche Daten sind, oder Daten vom Dark Energy Survey DES benutzt werden.

Projekt 4.3: Analyse des starken Linseneffekts in HST-clusters (S. Seitz stella@usm.lmu.de, A. Monna amonna@usm.lmu.de)

In den Zentren von Galaxienhaufen kann die entlang der Sichtlinie projizierte Materiedichte groß genug werden, so dass Objekte im Hintegrund solcher Galaxienhaufen in Mehrfachbilder or sogenannte giant gravitational Arcs abgebildet werden. Die Analyse dieses sogenannten starken Linseneffekts liefert die genauesten Massenbestimmungen für weit entfernte Galaxienhaufen. Zusätzlich kann man die Menge von dunkler Materie (d.h. die Größe von dunkle-Materie-Halos), die mit Galaxienhaufenmitgliedern assoziert ist, messen. Auf diese Weise kann man die Haufen-Subhalo-Massenfunktion bestimmen sowie die Menge von dunkler Materie die von den Halos abgelöst wird, wenn Galaxien in Galaxienhaufen fallen und sich durch ihre dichten Zentren hindurchbewegen.

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)