english version
Masterarbeiten
an der Universitäts-Sternwarte
Masterarbeitsthemen des Extragalaktischen Astronomie Lehrstuhls
über Machine Learning, instrumentelle und Beobachtungsprojekte (Wendelstein),
über Sterne und Planeten, Galaxien, Gravitationslinsen und Kosmologie
finden Sie
→ hier.
1. Instrumentierungs- und Beobachtungsprojekte
Projekt 1.1:
Neuaufbau des 2,4 m Radioteleskops mit präziser Zielausrichung (26.4.2023)
(Arno Riffeser, arri@usm.lmu.de)
Das Radioteleskop an der Universitäts-Sternwarte dient im Astro-Master-Praktikum zur Messung
der Rotation der Milchstrasse aus der Dopplerverschiebung der 21cm Wasserstoff-Linie.
Durch die neue Teleskophalterung soll die Zielausrichtung auf 0.1 Grad erhöht werden und
HI-Wolken reproduzierbar wiedergefunden werden. Für eine grosse Anzahl von Messungeng soll
getestet werden, ob durch Dekonvolution einer Gaussschen Verbreiterung die Auflösung
erhöht werden kann. Gute Python-Kenntnisse sind wünschenswert.
With the upcoming Square Kilometre Array (SKA) and its precursor
telescopes, radio astronomy is undergoing a renaissance.
New algorithms, data reduction methods and survey modes are actively
developed to handle the EB-scale raw data streams produced and to
utilise the full potential of these new instruments.
As part of a large collaboration, our group at LMU is developing
commensal line intensity mapping and interferometric imaging using
scanning observations.
Such interferometric scanning or on-the-fly (OTF) observations are
increasing the survey speed by removing the settle-and-slew overhead
while also enabling commensal single-dish intensity mapping, providing
a dramatic improvement in data acquisition efficiency.
However, the scanning motion of the antennae pointing relative to the
delay centre introduces smearing effects that need to be corrected
in the imaging process.
In particular, the smearing of the primary beam (PB) response
introduces flux-density errors in the interferometric images.
This project aims to model the smeared PB by measuring the flux-density
variation of thousands of sources detected in our pilot MeerKAT OTF
observations.
The developed PB models and software will be incorporated into our OTF
imaging pipeline, which we will use to reduce 100+ hours of MeerKAT
OTF data observed in the upcoming year by our collaboration.
2. Sterne und Planeten
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).
3. Galaxien und AGN
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.
Astronomers noticed more than 100 years ago that the galaxy
populations within dense galaxy clusters are different from those
in the surrounding low-density field, but the underlying reasons
remain unclear.
Hierarchical structure formation leads dense clusters to form rather
late in the Universe and to continue the accretion of surrounding
material, including star forming spiral galaxies where through a
range of processes they are transformed into ellipticals or S0s.
Studies over the past decades have clarified the range of physical
processes that are likely contributing to this transformation, and
these include ram pressure stripping, mean field tidal stripping and
galaxy merging, among others.
We are using a new Sunyaev-Zel’dovich effect selected
sample of galaxy clusters from SPT that extends to redshift
z ~ 2 together with data from the DES, Spitzer, and
Herschel to study these galaxy population transitions as a function
of cosmic time.
The goal of this project is to use the multi-band optical and
IR photometry to identify cluster galaxies and study the transition
in color and star formation rates as a function of radius from the
cluster center as well as a function of cosmic time and cluster mass.
Our dataset is uniquely suited for this study, because we have a well
understood sample of clusters extending over a broad redshift range
and a uniform photometric imaging dataset in the optical and IR over
large areas of the sky.
Projekt 3.3:
Exploring the dark side of galaxy formation and evolution using radio continuum data
(J. Mohr Joseph.Mohr@physik.lmu.de)
Among the many facets under investigation of the galaxy formation
and evolution puzzle, two old and still unanswered questions remain
at the core of our incomplete picture:
- How do galaxies grow their stellar mass over cosmic time?
Answering this question has proven difficult mainly because of the
uncertainties in estimating the on-going star formation for large,
representative galaxy samples.
The easily accessible ultra-violet (UV) restframe emission, in
principle a direct probe of the young short-lived massive stellar
populations, is in fact measuring only the small fraction of that
emission that has not been absorbed by the interstellar dust.
It thus needs to be corrected by factors that, depending on the
intrinsic galaxy properties, can vary by orders of magnitude.
- Why does star formation cease at a certain point during the
galaxy life?
In the last decade many studies have agreed in assigning a relevant
role to nuclear activity (AGNs, due to massive black hole growth)
in affecting the galaxy star formation histories (SFHs).
In particular, once a major burst of star formation has eventually
exhausted the gas inside the galaxy immediately available for star
formation, the so-called “radio-mode feedback” is often
invoked as preventing the gas in the outer galaxy halo from cooling
and starting star formation again.
Deep radio surveys, conducted in association with multi-wavelength
observations, allow us to probe at the same time dust-unbiased star
formation and nuclear activity, and hence have become a fundamental
tool in the last decade for studying galaxy evolution.
This master project will focus on already available JVLA radio
continuum data in the deepest extra galactic fields in order to
obtain a dust-unbiased view of star formation over cosmic time
and a first-order estimate of radio-AGN feedback to be compared
to theoretical model expectations at different redshifts and halo
masses.
The observed bimodal distribution of local Universe galaxies in
star formation properties (from optical color-magnitude and stellar
mass-star formation rate diagrams) is due to the process of star
formation quenching, making once star forming spiral galaxies to
non/little star forming elliptical/S0 galaxies.
There are many possible processes responsible for this observed star
formation quenching, among which ram-pressure stripping is the dominant
mechanism in dense galaxy cluster environment.
The hot
(107 . . . 108 K)
and dense
(ne ~ 10−4 . . . 10−2 cm−3)
intracluster medium can strip cold gas from the spiral galaxy disk,
which eventually truncates star formation as the galaxy moves though
the cluster environment.
We have acquired ultraviolet data for a sample of galaxies undergoing
ram-pressure stripping (with tentacles of star formation along the
stripped tails with the galaxy disk resembling a jellyfish) where
the ongoing truncation of star formation can be directly studied
comparing with emission line diagnostic maps made from MUSE IFU data.
This project involves studying the star formation progression in a
galaxy undergoing ram-pressure stripping with indications of truncation
along the galaxy disk.
There are opportunities to collaborate with a larger team involved
in multiwavelength analysis of jellyfish galaxies.
4. Kosmologie, großräumige Strukturen und Gravitationslinsen
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.
One of the leading methods for studying the cosmic acceleration,
measuring neutrino masses and directly measuring the growth rate
of cosmic structures is through studies of the redshift and mass
distribution of uniformly selected samples of galaxy clusters.
A key element of these studies is constraining the masses of the
galaxy clusters using information from weak gravitational lensing.
The goal of this project is to use the available weak gravitational
lensing mass information from the Dark Energy Survey within
samples of galaxy clusters selected from the South Pole Telescope
Sunyaev-Zel’dovich effect survey or the RASS (and soon from eROSITA!)
X-ray survey to study the cosmic acceleration, neutrino masses, and
the growth rate of cosmic structures.
- Understand the impact of surrounding large-scale structure and
miscentering on the weak-lensing mass estimates of galaxy clusters.
Application to real cluster sample with DES shear catalogs to
constrain masses.
- Understand the impact of contaminating impacts due to X-ray
and radio AGN on the selection and cosmological analysis of galaxy
cluster samples.
- Measure correlations among cluster observables in the X-ray,
SZE, and optical and study their impact on cosmological analyses.
Projekte in der Gruppe Astrophysik, Kosmologie und Künstliche Intelligenz
(Daniel Grün et al.)
Projekte in der physikalische Kosmologie Gruppe
(Jochen Weller et al.)
5. Numerische und theoretische Astrophysik
Die Forschung in der Computational Astrophysics Group (CAST) reicht
von der theoretischen Untersuchung der Stern- und Planetenentstehung
bis zur Untersuchung von Prozessen auf kosmologischer Ebene.
Eine Vielzahl verschiedener, bekannter numerischer Codes (wie etwa
Ramses, Gadget, Sauron, Gandalf, Mocassin und andere) wird verwendet.
Primäre Untersuchungen befassen sich mit der Entstehung,
der Struktur und der Entwicklung protoplanetarischer Scheiben,
der Entstehung planetarischer Bausteine und Planeten, der Beziehung
zwischen Turbulenz und Phasenübergängen im mehrphasigen
interstellaren Medium (ISM), energetischen Rückkopplungsprozessen,
Molekülwolken- und Sternentstehung in Galaxien, sowie
kosmologischer Struktur- und Galaxienentstehung und dem Zusammenspiel
von Rückkopplungsprozessen, AGN und Galaxienentwicklung und
deren Einfluss auf das intergalaktische Medium (IGM) oder das
Inter-Cluster-Medium (ICM).
So untersucht unsere Gruppe astrophysikalische Prozesse auf
räumlichen Skalen von mehr als 14 Größenordnungen,
von Gigaparsec-Skalen kosmologischer Strukturen bis hinunter
zu Sub-AU-Skalen von Staubkörnern in protoplanetarischen
Scheiben.
Es ist mittlerweile klar, dass kleinräumige Prozesse wie
die Kondensation von Molekülwolken zu Sternen, Magnetfelder und
die Details des Wärmetransports, sowie großräumige
Prozesse wie der Gaseinfall aus dem kosmischen Netzwerk in Galaxien
und Umgebung eng miteinander gekoppelt sind und gemeinsam untersucht
werden müssen.
Die verschiedenen bisherigen und laufenden Projekte innerhalb der
CAST-Gruppe decken eine Verbindung zwischen den verschiedenen
räumlichen Skalen ab und tragen zum Verständnis
wichtiger Aspekte der Entstehung und Entwicklung von Sternen und
protoplanetarischen Scheiben, zentralen Schwarzen Löchern und
AGNs, Sternentstehungsgebieten und dem ISM, Galaxien und deren IGM,
Galaxienhaufen und dem ICM sowie der großräumigen Strukturen
im Universum bei.
Sie treiben auch die kontinuierliche Entwicklung und Anwendung
neuer numerischer Methoden und der nächsten Generation von
Multi-Skalen-Codes im Rahmen der numerischen Astrophysik voran.
Bisherige und aktuelle Master- und Bachelorarbeiten wurden
stets unter Berücksichtigung der individuellen Stärken und
Interessen der Studierenden angeboten und decken verschiedene Bereiche
der numerischen und theoretischen Astrophysik ab:
- Bildung großräumiger kosmologischer Strukturen
(Halos aus dunkler Materie, Galaxien, Galaxienhaufen, der Einfluss
von Schwarzen Löchern, Magnetfeldern und nicht-thermischen
Teilchen)
- Entwicklung und Struktur des turbulenten interstellaren Mediums
(ISM-Physik, selbstregulierende Sternentstehung, Entstehung von
Molekülwolken, Magnetfelder)
- Physik der Galaxienkerne (aktive Galaxienkerne, Herkunft und
Natur der Gaswolke G2 in der Nähe des galaktischen Zentrums)
- Entstehung von Planeten, Sternen und Sternhaufen (Sterne und ihr
Einfluss auf die umgebende protoplanetarische Scheibe, interstellare
Materie, Strahlungstransport, Dynamik von Teilchen und Planeten in
protoplanetarischen Scheiben)
- Anwendung und Entwicklung von numerischen Werkzeugen auf
parallelen CPUs und GPUs und Visualisierung (teilchenbasierte
SPH/N-Körper, Grid-basierte,
Moving-Mesh- oder Meshless-Methoden)
Ausführlichere Informationen zu
laufenden und abgeschlossenen Projekten
sowie weiterführende Informationen zur laufenden Forschung
finden Sie auf den Webseiten der
Arbeitsgruppe Computational Astrophysics.
6. Hochenergie-Astrophysik
Gamma-ray observations allow us to study the most extreme cosmic
sources in the Universe.
These violent environments, which are not reproducible at Earth-based
laboratories, provide opportunities to study processes at the frontier
of known physics.
Our group tackles a wide range of questions related to astrophysics
and fundamental physics, such as probing cosmic-ray acceleration
processes and the search for the nature of Dark Matter.
Over 15 years of operations, Fermi-LAT is the preeminent instrument
for studying the high-energy universe in the MeV to GeV energy range.
It provides a rich data set ripe for discovery of new sources and
science.
MAGIC is one of the current generation Imaging Atmospheric Telescopes
with high sensitivity for extended sources in the Galactic Plane.
The prototype of Large Size Telescope (LST) for the Cerenkov
Telescope Array (CTA) has completed construction and has started
partial scientific operations.
Over the next four years, three additional LSTs will be built,
providing unprecedented sensitivity to the gamma-ray universe.
The combination of three datasets allows for highest sensitivity in
studying the extreme environments within our Galaxy.
We seek Master’s students to perform their thesis work with the
primary focus on the analysis of Fermi-LAT, MAGIC, and/or LST-1 data
on Galactic sources such as Supernova Remnants and Galactic PeVatrons.
Although not required, experience in Python and C++ is highly desired.
|