Siegel der Universität

Universität zu Köln
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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Fachgruppe Physik

I. Physikalisches Institut

Einfluss der Migration UMIST95 -> UDfA06 auf die interstellare Gasphasenchemie

Die Datenbank für Astrochemie (UDfA) beinhaltet in der neuesten Version eine große Anzahl aktualisierter Reaktionsraten. Der genaue Einfluss dieser neuen Raten auf astrochemikalisch wichtige Spezies soll analysiert werden und die wichtigsten Schlüssel-Moleküle identifiziert werden.

(Betreuer: M. Röllig)

Kalibration der atmosphärischen Transmission

Kalibrationsmessung der letzten Saison von NANTEN2-Beobachtungen werden mit atmosphärischen Modellen verglichen um systematische Abweichungen, d.h. „Fehler“ in den Modellen zu identifizieren. Auf diese Weise können interessante Details der Atmosphäre identifiziert werden und  eine genauere Kalibration der Daten (NANTEN2, APEX, ALME, SOFIA) etabliert werden.

(Betreuer: R. Simon)

Vergleich von Windmessungen in der Marsatmosphäre mit Vorhersagedaten eines globalen Zirkulationsmodells

Im Verlauf der Arbeit sollen Messungen von zonalen Winden in der hohen Marsatmosphäre mit entsprechenden Modellvorhersagen verglichen werden. Dazu müssen zunächst die Messdaten bzgl. Beobachtungszeit und -ort auf dem Planeten analysiert und sortiert werden. Im Anschluss sollen die entsprechenden Modellvorhersagen aus der "Mars Climate Database" extrahiert werden. Hierzu sind Programmierkenntnisse (IDL) von Vorteil. Zuletzt sollen die Ergebnisse verglichen und grafisch aufbereitet werden.

(Betreuer: G. Sonnabend)

 

Algorithmen zur Bestimmung von Wolkenparametern aus Linienbeobachtungen

Betreuer: Volker Ossenkopf, 470-3485, Raum 110

Um aus astronomischen Beobachtungen von Moleküllinien die tatsächlichen physikalischen Parameter am Ort der Linienemission abzuleiten, muss man den Prozess der Linienentstehung im Rahmen von Strahlungstransportmodellen nachvollziehen. Numerische Integration der Strahlungstransportgleichung liefert hier die Linienprofile und Intensitätsverteilungen, wie sie von einer Modellwolke beobachtet werden würden. Nun müssen die Modellparameter solange variiert werden, bis die beobachteten und die simulierten Linien bestmöglich übereinstimmen. Bisher ist noch unbekannt welches die effizienteste Strategie in dem dabei nötigen Iterationsprozess ist.

In der Mini-Forschungsarbeit sollen verschiedene Fitalgorithmen, die bereits existieren (Amöbensuche, Powell-Verfahren, simulated annealing, genetische Algorithmen), für das Problem angepasst und getestet werden, so daß klare Aussagen zum optimalen Herangehen an das Minimierungsproblem der Moleküllinienanalyse getroffen werden können.

Wavelet-gefilterte Kreuzkorrelation in astronomischen Karten unterschiedlicher Frequenzen

Betreuer: Volker Ossenkopf und Carsten Kramer

Die Kreuzkorrelationsanalyse erlaubt es, Zusammenhänge in der Entstehung von Strukturen, die in unterschiedlichen Moleküllinien bzw. der Staubemission bei verschiedenen Wellenlängen sichtbar werden, zu erkennen. Indem sie mit dem bewährten Filter der Delta-Varianz kombiniert wird, kann sie auf beliebige astronomische Daten mit hoher Zuverlässigkeit angewendet werden. In der Arbeit soll die Methode getestet werden und auf verschiedenste Karten- kombinationen, die im Rahmen der aktuellen Beobachtungen gewonnen wurden, angewendet werden. Hierbei sind auch eigene Beobachtungen mit dem KOSMA-Teleskop nützlich. Das Projekt ist sehr breit in die Forschung des Teilprojektes A1 des aktuellen Sonderforschungsbereiches eingebunden, da es alle Beobachtungsprojekte übergreift.

Für die Arbeit sind Grundkenntnisse der Astrophysik, Computererfahrung und eine gute Kommunikationsfähigkeit nötig.

Die Struktur der Spiralgalaxie M51

Betreuer: Carsten Kramer

Die nahgelegene Spiralgalaxie M51 wurde von uns in Kohlenmonoxyd vollständig kartiert. Ziel dieser Arbeit ist es, die vorhandenen Daten zu kombinieren mit komplementären Karten bei anderen Wellenlängen, um die grossräumige Spiralstruktur und ihre Kinematik besser zu verstehen. Es stehen dazu Karten von atomarem Wasserstoff und von ionisierem Kohlenstoff zur Verfügung. Diese Arbeit dient der Vorbereitung weiterer Messungen mit NANTEN2, SOFIA und HIFI. Die Arbeit ist Teil einer Kollaboration mit dem Institut für Millimeterastronomie (IRAM) in Grenoble und dem Centro Astronomico in Yebes in Madrid.

The origin of [CII] emission on large scales

Betreuer: Volker Ossenkopf und Jürgen Stutzki

The [CII] line at 158 micron is next to the [OI] 63 micron line the most important cooling line of the interstellar medium in the Milky Way (Fixsen et al.) and in external galaxies (Stacey et al. 1991, Malhotra et al.). The new observatories SOFIA and Herschel will allow to map the [CII] line at unprecedented spatial resolutions and, for (almost) the first time, allow to resolve its velocity structure.

In prepartion of these studies, at least two problems need to be addressed:

  1. [CII] emission from the different phases of the ISM
    [CII] is emitted not only from surfaces of dense molecular clouds, but also from the cold, neutral HI clouds and the ionized components of the interstellar medium. While the average densities and temperatures thus vary strongly between the various phases of the ISM, the main common gas heating mechanism may be the photo-electric effect on dust grains. Thus, models of photon dominated regions like CLOUDY (or in fact KOSMA-tau) may be apropriate to model the [CII] emission from all phases.
    The [NII] lines at 205 and 122 micron stem only from the ionized components. Taking into account the N/C abundances and excitation conditions, observations of the [NII] have been used to estimate the relative importance of the dense and diffuse ionized phases and the contribution of these phases to the total observed [CII] emission (Carral et al. 1994).
    Cold, neutral HI clouds are expected to contribute significantly to the total [CII] cooling. However, the relative contribution to the total observed emission [CII] as function of galacto-centric distances or latitudes is yet unclear.
  2. [CII] emission line profiles
    An open issue is the interpretation of [CII] line shapes. It may be possible to use the line shapes to deconvolve the contribution of the different phases, but it remains to be shown that this is possible. Model studies of Hennebelle & Perault (2000) may show the way. Complementary HI data is needed here.

Model predictions shall be compared with already available observational data of the two nearby galaxies M83 or M51. The data comprises ISO/LWS FIR data as well as others. It is planned to obtain complete maps with NANTEN2 in the lines of atomic carbon and mid-J transitions of carbon monoxyde. The thesis aim is to prepare as best as possible for the oncoming [CII] observations with GREAT/SOFIA and HIFI/Herschel. First data is expected for fall 2006.

Die Zuverlässigkeit der Ableitung von Wolkenparametern aus eindimensionalen Strahlungstransportmodellen

Betreuer: Volker Ossenkopf

Eindimensionale Modelle für den Strahlungstransport in Moleküllinien stellen die einfachste, voll selbstkonsistente Möglichkeit zur Simulation beobachteter Linienprofile dar und erlauben im Rahmen der iterativen Anpassung der Linienprofile durch Änderung der physikalischen Wolkenparameter diese aus den Beobachtungen abzuleiten. Allerdings ist noch nicht bekannt, wie zuverlässig die so gewonnenen Daten in Abhängigkeit von der Anzahl der beobachteten Linien sind. In der Diplomarbeit sollen verschiedene Anpassalgorithmen ausprobiert werden, um einen optimalen Algorithmus zu finden, und das Verhalten der Anpassgüte in Abhängigkeit von der Zahl, Art und Form der verwendeten Linien bestimmt werden, um beobachtenden Astronomen eine Empfehlung für optimale Beobachtungsstrategien zu geben.

Für die Arbeit sind Grundkenntnisse der Astrophysik, grundlegende Programmierfertigkeiten und Spaß an der Arbeit mit Rechnern nötig.