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Universitäts-Sternwarte München


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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

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)

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): 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 1.3 (Bachelorarbeit): Erstellung von Instrumenten-Steuerungssoftware (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.

Projekt 1.4 (Bachelorarbeit): Kalibration von Wendelsteinbeobachtungen (A. Riffeser, arri@usm.lmu.de, M. Kluge, C. Gössl, U. Hopp)

Mit den Teleskopen des Wendelstein werden größere Datensätze von Objekten erstellt, deren Mitglieder auf Veränderlichkeit überwacht werden (z. B. Kugelsternhaufen, die Galaxie M33, etc.). Zur Analyse dieser Datensätze gehört auch ihre Einbindung in Standardflusskalibrierungen sowie in Multifilteranalysen. Diese Analysen können — zumindest in den Außengebieten der Objekte — durch den Vergleich der eigenen Beobachtungen mit den in Datenbanken dokumentierten Beobachtungen andere Observatorien geleistet werden. Hierzu sollen etwa die optischen Beobachtungen des Sloan Digital Sky Surveys, aber auch die NIR Beobachtungen von 2MASS herangezogen werden, um insbesondere die die Farben von veränderlichen AGB Sternen genauer untersuchen zu können.

2. Sterne und Planeten

Projekt 2.1 (Bachelorarbeit): Untersuchung des Zusammenhangs von Röntgenleuchtkraft und Rotation bei jungen Sternen (T. Preibisch, preibisch@usm.lmu.de)

Für verschiedene junge Sternhaufen sollen vorhandene Daten über die Röntgen-Leuchtkräfte der Sterne mit Literaturdaten über die Rotationsperioden korreliert werden. Der Zusammenhang zwischen Röntgenleuchtkraft und Rotation kann neue Einblicke in die der Röntgenemission zugrunde liegenden Dynamo-Prozesse liefern.

Projekt 2.2 (Bachelorarbeit): Parameterstudien zu Infrarot-Interferometrischen Beobachtungen junger Sterne (T. Preibisch, preibisch@usm.lmu.de)

Mit analytischen und/oder numerischen Modellen der Helligkeitsverteilung von jungen Sternen mit zirkumstellarer Scheibe soll untersucht werden, wie sich bestimmte Parameter (z. B. die Stärke der Streuung an Staubkörnern) auf die Observablen von Infrarot-Interferometrischen Beobachtungen auswirken.

Projekt 2.3 (Bachelorarbeit): 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).
Unter Verwendung von Archiv-Daten kann auch ein zukünftiger Praktikumsversuch konzipiert werden.

Projekt 2.4 (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 2.5 (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 2.6 (Masterarbeit): 3-D Strahlungstransport in stellaren Winden heißer Sterne (J. Puls, uh101aw@usm.lmu.de, J. Sundqvist, jon@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 2.7 (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.

Projekt 2.8 (Bachelorarbeit): Berechnung des Massenverlustes von extrem massereichen Sternen (A. W. A. Pauldrach, T. Hoffmann, hoffmann@usm.lmu.de)

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.

Projekt 2.9 (Bachelorarbeit): Erweiterung von vorhandenen UV Beobachtungen eines Samples von Zentralsternen Planetarischer Nebel mit FUSE-Daten (A. W. A. Pauldrach, uh10107@usm.lmu.de, T. Hoffmann)

Ziel ist es, die vorhandenen beobachteten UV-Spektren eines ausgewählten Samples von Zentralsternen Planetarischer Nebel mit FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer) Daten zu erweitern. Die aus dem Datenarchiv MAST (http://archive.stsci.edu/) entnommenen Daten sollen aufbereitet und mit bestehenden UV-Spektren kombiniert werden. Ein abschließender Vergleich der erweiterten Beobachtungen mit bereits gerechneten synthetischen Spektren (Pauldrach et al. 2004) soll neue Erkenntnisse liefern.

3. Galaxien

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 Geschindigkeiten 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

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?

Projekt 4.3 (Bachelorarbeit): Entfernungsbestimmung von Galaxien mit Hilfe von Cepheiden und anderen Methoden (M. Kodric, kodric@usm.lmu.de, A. Riffeser, arri@usm.lmu.de)

Die Entfernungsbestimmung mit Hilfe der Perioden-Leuchtkraft-Beziehung (PLR) von Cepheiden ist ein wichtiger Eckpfeiler der Bestimmung der Entfernung von entfernten Galaxien. Die Kalibrierung der PLR beruht meist auf den vergleichsweise metallizitätsarmen Magellanschen Wolken, wobei der Einfluß der Metallizität auf die PLR nicht genau bekannt ist. Auch wird derzeit eine Krümmung der bisher als linear angenommenen PLR diskutiert, was natürlich Konsequenzen für die Entfernungsbestimmung hätte. In dieser Bachelorarbeit soll in Literaturarbeit die Entfernungsbestimmungsmethode mit Cepheiden ausgearbeitet werden und die zugrundeliegenden Probleme der PLR-Kalibrierung diskutiert werden. Auch soll auf andere Entfernungsbestimmungsmethoden für naheliegende Galaxien eingegangen werden, mit Hilfe derer die PLR kalibriert werden kann.

5. Numerische Astrophysik

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 (Grafikkarten): 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 14. Januar 2016 11:01 durch Webmaster (webmaster@usm.uni-muenchen.de)