Grundlagen der fortgeschrittenen Astrophysik: Physik der Sterne, Planeten, interstellares Medium, Galaxien, dunkle Materie, großräumige Struktur, Kosmologie.

Essentials of advanced astrophysics: physics of stars, planets, interstellar medium, galaxies, dark matter, large-scale stucture, cosmology.

This course also serves as the introductory course for the IMPRS on Astrophysics.

Unterrichtssprache: Englisch.

Wird in der Vorlesung bekanntgegeben / will be announced during the lectures.

Siehe Vorlesung P1.1.

Siehe Vorlesung P1.1.

Praktische Übungen zu grundlegenden Methoden der Astrophysik und Physik, Möglichkeit zur Beobachtung mit einem Teleskop auf dem Sternwartengelände und mit dem 80-cm-Teleskop auf dem Wendelstein. Falls Sie mit uns auf dem Wendelstein beobachten wollen, sollten Sie sich möglichst schon vor dem Beginn der Sommersemesterferien anmelden. Denn diese Beobachtungen finden zum größten Teil in den Semesterferien statt. Die Anzahl der Teilnehmer für die Wendelsteinbeobachtungen ist zudem limitiert. Mehr Informationen unter http://www.usm.uni-muenchen.de/people/stella/praktikum.html und bei stella@usm.uni-muenchen.de.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Um Plasmen zu modellieren werden viele atomare und molekulare Parameter benötigt, die die Wechselwirkung zwischen der Materie und der Umgebung beschreiben. Solche Parameter lassen sich nur schwer im Labor messen, aber moderne theoretische Methoden erlauben eine genaue Bestimmung. In der Vorlesung werden die Grundbegriffe zum Verständnis der Methoden vorgestellt und die gebräuchlichsten Methoden werden beschrieben. Im Einzelnen werden die folgenden Themen angesprochen: • Begriffsbildung: Quantendefekt, Stoßquerschnitt, Photoionisationsquerschnitt, Dissozation, Oszillatorenstärke, usw. • Näherungsmethoden: Störungstheorie, Atom im Strahlungsfeld, Born, Coulomb-Born, distorted wave, close coupling, Born-Oppenheimer. • Konzepte: Mehrelektronensysteme, Konfigurationswechselwirkung, Targets, Einfache Moleküle.

The modelling of plasmas requires a large number of atomic and molecular parameters that describe the interaction of the matter with its surroundings. Such parameters can only be measured with difficulty in the laboratory but modern theoretical methods allow a precise determination. In the lectures the fundamental ideas needed to understand the methods will be introduced and the most common techniques will be described. The following subjects will be discussed: • Fundamentals: quantum defect, collision cross sections, photoionization cross sections, dissociation, oscillator strengths, etc. • Approximation methods: perturbation theory, atom in a radiation field, Born, Coulomb-Born, distorted wave, close coupling, Born-Oppenheimer. • Concepts: many-electron systems, configuration interaction, targets, simple molecules.

Unterrichtssprache: Deutsch (oder Englisch).

B. H. Bransden, C. J. Joachain: Physics of Atoms and Molecules. Longman (2003)

H. Friedrich: Theoretical Atomic Physics. Springer (1998)

H. Friedrich: Theoretische Atomphysik. Springer (1990)

C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloë: Quantum Mechanics. Wiley-VCH (1991)

Siehe Vorlesung P2.2.

Siehe Vorlesung P2.2.

Grundbegriffe der Statistik und Datenanalyse, mit Beispielen aus der Physik und Astrophysik. Wichtige Begriffe, die in der Vorlesung diskutiert werden: Wahrscheinlichkeit, Bayes-Theorem, Verteilungsfunktion einer und mehrerer (Zufalls-)Variablen, Momente, charakteristische Funktion, wichtige Verteilungen (z. B. Binomial-, Poisson-, Normal-, Chi-Quadrat-), zentraler Grenzwertsatz, Messfehler, Fehlerfortpflanzung, Stichproben, Schätzwerte, Maximum-Likelihood-Methode, Chi-Quadrat-Minimierung, lineare Regression, Hypothesentests.

Basic concepts of statistics and data analysis, with examples from physics and astrophysics. Fundamental terms to be discussed: probability, Bayes-theorem, distribution function of one or several (random) variables, moments, characteristic function, important distributions (e.g., binomial, Poisson, normal, chi-squared), central limit theorem, measurement errors, error propagation, samples, estimators, maximum-likelihood method, chi-squared minimization, linear regression, tests of hypotheses.

Vorlesung in deutscher oder englischer Sprache, je nach Hörerwunsch.

R. J. Barlow: Statistics. John Wiley & Sons (1989)

S. Brandt: Statistical and Computatonal Methods in Data Analysis. (2nd edition) North Holland (1976)

G. Bohm, G. Zech: Einführung in Statistik und Messwertanayse für Physiker. Springer (2007)

Siehe Vorlesung P2.2.

Siehe Vorlesung P2.2.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Die Studenten werden Vorträge über grundlegende astrophysikalische Konzepte der modernen Astronomie halten. Die diesbezüglichen Themen überdecken das theoretische Hintergrundwissen, auf dem das astrophysikalische Grundpraktikum beruht.

The students will give oral presentations on selected subjects from basic astrophysical concepts of modern astronomy. These subjects will cover the theoretical background on which the astrophysical lab course is based.

Unterrichtssprache: Deutsch (oder Englisch).

Wird jeweils vor den Seminarvorträgen oder zu Semesterbeginn bekanntgegeben.

Siehe Hauptseminar WP1.2.

Siehe Hauptseminar WP1.2.

Die Studenten werden Vorträge über grundlegende astrophysikalische Konzepte der modernen Astronomie halten. Die diesbezüglichen Themen überdecken das experimentelle Hintergrundwissen, auf dem das astrophysikalische Grundpraktikum beruht.

The students will give oral presentations on selected subjects from basic astrophysical concepts of modern astronomy. These subjects will cover the experimental background on which the astrophysical lab course is based.

Unterrichtssprache: Deutsch (oder Englisch).

Wird jeweils vor den Seminarvorträgen oder zu Semesterbeginn bekanntgegeben.

Siehe Hauptseminar WP2.3.

Siehe Hauptseminar WP2.3.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Physik und Chemie des Interstellaren Mediums, Enstehung und Vorhauptreihenentwicklung von Sternen, Planetenentstehung.

Sprache: Deutsch oder Englisch, je nach Bedarf der Hörer.

Wird in der Vorlesung bekanntgegeben / will be announced during the lectures.

Siehe Vorlesung P4/5.0.19.

Siehe Vorlesung P4/5.0.19.

Sprache: Deutsch, auf Wunsch Englisch.

R. Kippenhahn, A. Weigert: Stellar Structure and Evolution. Springer (1990)

M. Salaris, S. Cassisi: Evolution of Stars and Stellar Populations. Wiley (2005)

Siehe Vorlesung P4/5.0.19.

Siehe Vorlesung P4/5.0.19.

Sprache: Deutsch, auf Wunsch Englisch.

R. Kippenhahn, A. Weigert: Stellar Structure and Evolution. Springer (1990)

M. Salaris, S. Cassisi: Evolution of Stars and Stellar Populations. Wiley (2005)

Siehe Vorlesung P4/5.0.19.

Siehe Vorlesung P4/5.0.19.

Sprache: Deutsch, auf Wunsch Englisch, das Skript ist aber auf Deutsch.

R. Kippenhahn, A. Weigert: Stellar Structure and Evolution. Springer (1990)

S. L. Shapiro, S. A. Teukolsky: Black Holes, White Dwarfs, and Neutron Stars. Wiley & Sons (2004, 1983)

U. Kolb: Interacting Binary Stars. Open University (2002)

J. Frank, A. R. King, D. J. Raine: Accretion Power in Astrophysics. (3rd edition) Cambridge University Press (2002)

R. A. M. J. Wijers, M. B. Davies, C. A. Tout (eds.): Evolutionary Processes in Binary Stars. (NATO ASI Series C, Vol. 477) Kluwer (1995)

G. Meynet, D. Schaerer (eds.): Stellar Remnants. Springer (1997)

Siehe Vorlesung P4/5.0.19.

Siehe Vorlesung P4/5.0.19.

Gasnebel sind helle ausgedehnte Objekte, die auch in großer Entfernung beobachtbar und damit in extragalaktischer Hinsicht relevant sind. Zu den durch externe Energiequellen (Strahlung, Schocks) angeregten Gasnebeln zählt man H-II-Regionen, Planetarische Nebel, Supernova-remnants sowie Quasare. Die observablen Eigenschaften (Spektren) dieser Objekte sind ein Resultat des Zusammenspiels von wohldefinierten mikrophysikalischen Prozessen (vor allem Strahlungsprozessen), statistischem Gleichgewicht (Ratengleichungen), Nichtgleichgewichtsthermodynamik, angewandter Quantenmechanik und Strahlungshydrodynamik. Ziel der Vorlesung ist, die physikalischen Prozesse zu beschreiben, die astronomische Bedeutung der Gasnebel zu motivieren und die physikalische Situation hinsichtlich statischer Nebelmodelle so zu beschreiben, dass die Diagnostik von Emissionslinienspektren nachvollziehbar wird.

Gaseous nebulae are bright, extended objects visible even at large distances, and thus of relevance also in extragalactic regards. They are energized by external sources (radiation, shocks) and include H II regions, planetary nebulae, supernova remnants, and quasars. The observable properties (spectra) of these objects result from the interplay of well-defined microphysical processes (primarily radiative processes), statistical equilibrium (rate equations), non-LTE thermodynamics (LTE = local thermodynamic equilibrium), applied quantum mechanics, and radiation hydrodynamics. The aim of this course is to describe the physical processes, to motivate the astronomical importance of gaseous nebulae, and to describe the physical conditions with regard to static nebular models so as to make comprehensible the diagnostics of the emission line spectra.

Unterrichtssprache Englisch/Deutsch.

D. E. Osterbrock: Astrophysics of Gaseous Nebulae and Active Galactic Nuclei. University Science Books (1989)

L. H. Aller: Physics of thermal gaseous nebulae. Reidel (1984)

D. Mihalas: Stellar Atmospheres. Freeman (1978)

L. Spitzer: Physical Processes in the Interstellar Medium. John Wiley & Sons (1978)

H. Friedrich: Theoretische Atomphysik. Springer (1990)

Siehe Vorlesung P4/5.0.21.

Siehe Vorlesung P4/5.0.21.

Ein großer Teil der Astrophysik basiert auf der detaillierten Diagnostik der elektromagnetischen Strahlung, die von den äußeren Hüllen (= Atmosphären) stellarer Objekte emittiert wird. Diese Diagnostik betrifft sowohl einzelne Objekte als auch die akkumulierte Strahlung einer Vielzahl von Quellen, wie sie im Spektrum von Galaxien zu sehen ist. Das grundlegende Rüstzeug bildet dabei die Physik der Sternatmosphären, die von dem Zusammenspiel atomarer und Strahlungsprozesse, Strahlungstransport und Thermo-/Hydrodynamik kontrolliert wird. Im ersten Teil der angebotenen Vorlesung werden die notwendigen Konzepte erarbeitet und wichtige Aspekte untersucht, so z.B. Druck- und Temperaturschichtung, Konvektion, atomare Besetzungszahlen und die Entstehung von Spektrallinien. Der zweite Teil der Vorlesung konzentriert sich auf die Atmosphären heißer, massereicher Sterne, da es gerade diese Sterne sind, die aufgrund ihrer enormen Energieabstrahlung auch in grossen Entfernungen beobachtet werden können, und die für viele Phänomene der Entwicklung unseres Universums (kosmische Reionisation, Vorläufer von Supernovae und Gamma-Ray-Burster, chemische Entwicklung von Spiralgalaxien) von Relevanz sind. Dabei wird der stellare Wind, den diese Objekte abgeben, im Zentrum der Diskussion stehen, sowohl von der theoretischen Beschreibung her als auch entsprechender Diagnostik.

To a large part, astrophysics is based on the detailed diagnostics of electromagnetic radiation from stars, emitted from their outer envelopes (= atmospheres). These diagnostics are applied to both individual stars and to the accumulated radiation of a large number of sources, as visible in the spectra of galaxies. The essential ingredient is the physics of stellar atmospheres, which is controlled by the interplay of atomic and radiative processes, radiative transfer, and thermo-/hydrodynamics. In the first part of the lecture, we work out the required concepts and investigate various aspects, such as pressure and temperature stratification, convection, atomic population numbers, and the formation of spectral lines. The second part of the lecture concentrates on the atmospheres of hot, massive stars, since these stars can be observed even at large distances (due to their enormous radiation output), and since these stars are relevant for a variety of key phenomena in our Universe (such as cosmic re-ionization, progenitors of supernovae and gamma-ray bursters, chemical evoluion of spiral galaxies). In particular, we will concentrate on the stellar winds from such massive stars, regarding both theoretical aspects and diagnostics.

Unterrichtssprache Englisch/Deutsch.

Begleitend:

D. Mihalas: Stellar Atmospheres. (2nd edition) Freeman (1978)

Weiterführend:

F. H. Shu: The Physics of Astrophysics – Vol. 1, Radiation. University Science Books (1991)

G. B. Rybicki, A. P. Lightman: Radiative Processes in Astrophysics. John Wiley & Sons (1979)

D. Mihalas, B. Weibel Mihalas: Foundations of Radiation Hydrodynamics. Oxford University Press (1984)

Siehe Vorlesung P4/5.0.21.

Siehe Vorlesung P4/5.0.21.

Course contents: • Introduction to the course • Thermal history of the Universe and early growth of fluctuations • Evolution of density perturbations into the non-linear regime: analytic theory • N-body simulations: methods • Results from N-body simulations of dark matter: large scale structure • Results from N-body simulations of dark matter: small scale structure • Gas-dynamics: theory and simulations • Gaseous halos in the Universe: observations • Star formation and evolutionary stellar population synthesis • The chemical evolution of galaxies • Spiral galaxies: observed properties and formation mechanisms • Elliptical galaxies: observed properties and formation mechanisms • Black holes, active galactic nuclei and their effects on galaxies • Semi-analytic models of galaxy formation • Evolution of galaxies from high redshift to the present

Siehe Vorlesung P4/5.0.23.

We will study the evolution of the Universe and the emergence of the large scale structure with a goal of developing a conceptual and technical foundation upon which research into the nature of dark energy and dark matter and the formation of the first objects can build. Topics include the Hot Big Bang model, distances and ages within an expanding universe, inflationary cosmology, gravitational lensing, galaxies and AGN, cosmic microwave background, origin of density fluctuations and the development of structures like galaxies and galaxy clusters.

J. A. Peacock: Cosmological Physics. Cambridge University Press (1998)

Siehe Vorlesung P4/5.0.25.

Siehe Vorlesung P4/5.0.25.

This course provides a brief overview of the theoretical framework required to understand the evolution of the universe followed by a focus on understanding the observational studies of the nature of the cosmic acceleration and the development of the large scale structure. Frontier observational cosmology studies focus on techniques to measure the expansion history of the Universe and the growth rate of density perturbations. Together, these measurements provide a direct test of general relativity on scales that have not been previously probed.

The course will present distance measurement techniques using Supernova, the clustering of galaxies and galaxy clusters. In addition, the course will examine growth of structure tests that rely on the evolution of the galaxy cluster population and the gravitational weak lensing signature of large scale structure. Emphasis will be placed on understanding how these forefront observations connect to the underlying physics.

Will be announced during the lectures.

Siehe Vorlesung P4/5.0.25.

Siehe Vorlesung P4/5.0.25.

The lecture aims at introducing the broad field of Astrobiology. In the first part it will cover pre-biotic chemistry and the origins of life, will look at Earth as a habitable planet and follow the development of its atmosphere and of primitive and more complex life on Earth. The lecture will also explore our Solar system and look at the possibilities of life on Mars, on Titan and icy bodies in the solar system. In the second part it will review our current knowledge on exo-planets, their properties and their atmospheres. It will look into how to find life on exo-planets and will finish with some thoughts on extra-terrestrial intelligence.

The exercises will also be conducted as one or more short field trips.

Die Vorlesung hat das Ziel, das breite Gebiet der Astrobiologie einzuführen. Im ersten Teil befasst sie sich mit pre-biotischer Chemie und dem Ursprung des Lebens. Die Erde wird als bewohnbarer Planet studiert; die Entwicklung der Erdatmosphäre sowie primitver und komplexer Lebewesen wird verfolgt. Weiter werden wir uns mit dem Sonnensystem befassen und die Möglichkeiten für Leben auf dem Mars, dem Titan und Eiskörpern im Sonnensystem untersuchen. Im zweiten Teil wird die Vorlesung einen Überblick über Exo-planeten, ihre Eigenschaften und ihre Atmosphären verschaffen. Wir untersuchen, welche Möglichkeiten es gibt, Leben auf Exo-planeten zu finden und beenden mit Überlegungen zu extaterrestrischer Intelligenz.

Die Übungen werden auch in Form von einer oder mehreren kleineren Exkursionen stattfinden.

Textbook candidates are (to be settled in the first lecture week):

I. Gilmour, M. A. Sephton: An Introduction to Astrobiology. Cambridge University Press

G. Horneck, P. Rettberg: Complete Course in Astrobiology. Wiley-VCH

Supporting books:

A. M. Shaw: Astrochemistry: From Astronomy to Astrobiology. Wiley

W. T. Sullivan, J. Baross: Planets and Life: The Emerging Science Astrobiology. Cambridge University Press

D. Darling: Life Everywhere: The Maverick Science of Astrobiology. Basic Books

C. A. Scharf: Extrasolar Planets and Astrobiology. University Science Books

Siehe Vorlesung P4/5.0.29.

Siehe Vorlesung P4/5.0.29.

Themen aus dem Bereich der Planeten, der Sterne, des interstellaren Mediums, der Entwicklung von Galaxien, der dunklen Materie, der schwarzen Löcher und der Sternentstehung.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der Planeten, der Sterne, des interstellaren Mediums, der Entwicklung von Galaxien, der dunklen Materie, der schwarzen Löcher und der Sternentstehung.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der ionisierten Gase, der Stern- und Planetenatmosphären, der Spektraldiagnostik, der Supernovae und der dunklen Energie.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der Kosmologie, der großräumigen Strukturen, der Struktur von Galaxien und der dunklen Materie sowie der dunklen Energie, der schwarzen Löcher, der Gravitationslinsen und der Suche nach extrasolaren Planeten.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

In this seminar we discuss recent work (of our group and results from colleagues elsewhere) on the field of gravitational lensing, e.g., results on the dark matter distributions on large scales, on scales of clusters of galaxies and galaxies. We also try to understand and develop new (statistical) methods to constrain the dark matter properties and the dark energy equation of state. Other topics are galaxy cluster properties, galaxy evolution and photometric redshifts.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der Kosmologie, der großräumigen Strukturen, der Struktur von Galaxien und der dunklen Materie sowie der dunklen Energie, der schwarzen Löcher, der Gravitationslinsen und der Suche nach extrasolaren Planeten.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der Kosmologie, der großräumigen Strukturen, der Struktur von Galaxien und der dunklen Materie sowie der dunklen Energie, der schwarzen Löcher, der Gravitationslinsen und der Suche nach extrasolaren Planeten.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der Kosmologie, der großräumigen Strukturen, der Struktur von Galaxien und der dunklen Materie sowie der dunklen Energie, der schwarzen Löcher, der Gravitationslinsen und der Suche nach extrasolaren Planeten.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der Planeten, der Sterne, des interstellaren Mediums, der Entwicklung von Galaxien, der dunklen Materie, der schwarzen Löcher und der Sternentstehung.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der ionisierten Gase, der Stern- und Planetenatmosphären, der Spektraldiagnostik, der Supernovae und der dunklen Energie.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der Kosmologie, der großräumigen Strukturen, der Struktur von Galaxien und der dunklen Materie sowie der dunklen Energie, der schwarzen Löcher, der Gravitationslinsen und der Suche nach extrasolaren Planeten.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der Kosmologie, der großräumigen Strukturen, der Struktur von Galaxien und der dunklen Materie sowie der dunklen Energie, der schwarzen Löcher, der Gravitationslinsen und der Suche nach extrasolaren Planeten.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der Plasmaphysik und weiterer Forschungsschwerpunkte der Astrophysik.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich experimenteller Arbeiten und Instrumentenentwicklung in der Astronomie.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.

Themen aus dem Bereich der Entwicklung theoretischer und numerischer Methoden.

Wird von Fall zu Fall bekanntgegeben.