Siegel der Universität

Universität zu Köln
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Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Fachgruppe Physik

I. Physikalisches Institut

Aufbau eines 800 GHz Testempfängers

Nananten

NANTEN

Diplomarbeit am

I. Physikalischen

Institut

 

Aufbau eines 800 GHz Testempfängers

Betreuer: Prof. J. Stutzki, Dr. U. Graf
smart

SMART

Hintergrund:

Im Laufe des Jahres will die Universität von Nagoya/Japan in den chilenischen Anden ein astronomisches Submillimeter-Teleskop in Betrieb nehmen. Zu diesem Zweck wird das bisher erfolgreich bei niedrigeren Frequenzen betriebene NANTEN-4m-Teleskop umgerüstet und auf einen der weltweit besten Standorte in die chilenische Atacama-Wüste verlegt.

Das I. Physikalische Institut der Universität zu Köln will in Zusammenarbeit mit den japanischen Partnern dieses Teleskop mit einem leistungsfähigen Heterodynempfänger für Frequenzen bis über 800 GHz ausrüsten. Es ist vorgesehen, dafür den am KOSMA-Teleskop betriebenen Zwei-Frequenz-Mehrkanal-Empfänger SMART einzusetzen.

Vorab soll ein einfacher Testempfänger aufgebaut werden, um in der Lage zu sein, unmittelbar nach Inbetriebnahme des Teleskops erste Messungen bei 800 GHz durchzuführen. Diese sollen sowohl dazu dienen, das Teleskop zu charakterisieren, als auch erste wissenschaftliche Daten zu erhalten. Nach erfolgreichem Einsatz des Testempfängers soll dann SMART an das NANTEN-Teleskop verlegt werden.

Aufgabe:

Der Kandidat / die Kandidatin soll einen vorhandenen Labor-Testempfänger so modifizieren und aufrüsten, dass er in ca. einem Jahr als astronomischer Empfänger in Chile eingesetzt werden kann. Im Detail umfasst die Tätigkeit das Design und den Aufbau der 800 GHz-Empfängeroptik, die Optimierung der Kryo-Kühlmaschine, mit der der Empfänger auf 4 K abgekühlt wird, die Verbesserung der Betriebselektronik und –software sowie umfassende Tests des Empfangssystems. Zum Ende der Arbeit oder unmittelbar im Anschluss daran soll der Empfänger zu Testzwecken am Teleskop in Chile eingesetzt werden. Über die instrumentelle Seite der Arbeit hinaus wäre eine Mitarbeit an der Vorbereitung des astronomischen Messprogrammes willkommen.

Umfeld:

Das I. Physikalische Institut gehört zu den weltweit führenden Gruppen in der Entwicklung von höchstfrequenten Heterodyn-Spektrometern für die Submillimeter- und Terahertz-Astronomie. Über unser Hausobservatorium am Gornergrat in der Schweiz hinaus sind wir an vielen internationalen Projekten beteiligt (Weltraumteleskop Herschel, Flugzeugobservatorium SOFIA, Südpolobservatorium AST/RO etc.). Die dadurch zur Verfügung stehende Infrastruktur und das vorhandene Know-How ermöglicht es interessierten Studenten, einen tiefen Einblick in das sowohl technologisch als auch wissenschaftlich faszinierende Gebiet der Submillimeterastronomie zu bekommen.

Informationen:

Dr. U. Graf, 0221-470 4092, graf[at]ph1[dot]uni-koeln[dot]de

http://www.astro.uni-koeln.de

http://www.a.phys.nagoya-u.ac.jp

Diplomarbeit am Infrarot-Heterodyn Instrument THIS

THIS ist ein hochauflösendes transportables Spektrometer im mittleren Infrarot (7-17 µm). Beobachtungsziele sind Moleküle in Stern-/Planeten- und Mondatmosphären, Protoplanetaren Scheiben und im interstellaren Medium. Von besonderem Interesse wäre die Beobachtung von molekularem Wasserstoff, die bisher nur indirekt möglich ist. Weiterhin wird THIS zur Zeit fuer Windmessungen auf Mars und voraussichtlich bald auch auf Venus eingesetzt. Aktuelle Beobachtungseinsätze finden statt nach Tucson, Arizona (12/2005); weitere sind in Planung, z.B. nach La Silla (Chile), zum Special Astrophysical Observatory SAO (Kaukasus/Russland) und zum Mauna Kea (Hawaii/USA). Geplant ist ausserdem der Einsatz als 'second generation instrument' an Bord von SOFIA.

Themen für Diplomarbeiten nach Rücksprache. Themenbereiche: Astronomie / Datenauswertungen , Hardwareentwicklung bzw. Weiterentwicklung des Sektrometers, etc.

Weitergehende Informationen und Besichtigungen von Labor und Instrument:
Guido Sonnabend / Manuela Sornig / Peter Krötz (470-3560 oder 470-5862)
sowie Prof. Rudolf Schieder (470-3568)

 

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.

Strukturanalyse in der massiven Sternentstehungsregion Cygnus X

Betreuer: Robert Simon und Jürgen Stutzki

Cygnus X ist eine der nächstgelegenen (1.7 kpc) Regionen massiver Sternentstehung in unserer Milchstrasse. Sie beherbergt eine Reihe von clustern von OB Sternen, unter ihnen auch OB2, der wahrscheinlich reichste cluster unserer Galaxis, und eine ausgedehnte Riesenmolekülwolke. Die Region zeigt vielfältige Hinweise auf aktuelle massive Sternentstehung, u.a. zahlreichen HII Regionen, tief eingebettete warme, dichte Kerne, sowie massive molekulareAusflüsse, aber auch Hinweise auf aktive Wechselwirkung zwischen der UV Strahlung der Sterne mit dem Gas und durch die OB Assoziation getriggerte Sternentstehung.

Am I. Physikalischen Institut stehen grossräumige Kartierungen (>10 Quadratgrad) vom KOSMA und FCRAO Teleskop zur Verfügung, die es ermöglichen im Rahmen einer Diplomarbeit die charakteristischen Strukturen im molekularen Gas und den Einfluss der Sternentstehung auf diese Strukturen, und umgekehrt, zu untersuchen. Dies soll mit den am Institut entwickelten Analysemethoden geschehen (z.B. Delta-Varianz). Interessant ist hierbei vor allem die Möglichkeit eine solche Analyse mit unterschiedlichen Übergängen von CO Isotopomeren (13CO 1-0/2-1 und C18O 1-0), aber auch mit Indikatoren für hohe Dichten (CS 2-1, N2H+ 1-0) durchzuführen, um beispielsweise die Beziehung zwischen Dichte- und Geschwindigkeitsstrukturen zu untersuchen.

Massive Star Formation in its earliest stages: The massive young cluster G333.6-0.2

Betreuer: Prof. Andreas Eckart, Raum 205, 470-3546

O/B type stars evolve within less than 100,000 years toward the main sequence and disperse their natal cloud by their intense radiation and winds. Therefore, observations of such massive stars in their earliest phases are extremely rare. The southern HII region G333.6-0.2 is an extremely young, embedded site of massive star formation. Adaptive optics imaging observations of G333.6-0.2 with NACO at the ESO VLT show it contains at least a dozen early B/late O stars. The KLF of the cluster appears flat at the bright end. The existing near infrared multi-wavelength imaging data on this object should be analysed in the framework of a diploma thesis. The structure of the cluster, its luminosity function and the colors of the young stars should be derived. Are there indications for mass segregation? Are there massive stars with infrared excess that indicates that they are still surrounded by some of the material from which they were born? The cluster should be compared with other young clusters. Follow-up observations may become available or can be applied for with the results of the analysis.

 

Mid-infrared imaging observations of the center of the Milky Way

Betreuer: Prof. Andreas Eckart, Raum 205, 470-3546

Imaging observations of the Galactic Center at a wavelength of 10 mum were obtained by our group in June 2006. We offer a diploma thesis on the analysis of the available data. What are the properties of the detectable point sources? What are the characteristics of the diffuse emission and of the visible shock fronts? Can variability of point sources or of extended sources be detected by combining the available data with older images? What do we learn from the mid-infrared emission in the circum-nuclear disk, the ring of dense molecular gas that surrounds the ~3 pc diameter central cavity?

 

Cold molecular ions

The objective of this project is the determination of IR and FIR spectra of molecular ions as well as the quantitative understanding of the dynamics of ion molecule reactions at temperatures relevant to the interstellar medium. In a 22-pole ion trap apparatus the rather specific and ultra-sensitive method of laser induced reactions (LIR) is applied to obtain spectra for small hydrocarbon ions as well as for the astrophysically relevant H2D+. Recent developments in our laboratory aim at the possibility to obtain also spectra of the rather elusive polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) molecules, which are thought to be one of the most important carbon carriers.

Contact: Prof. Dr. Stephan Schlemmer

THz-spectroscopy

Many complex molecules are found in molecular clouds and in star forming regions in particular. Understanding their formation is one of the key questions in astrochemistry. Another is how complex can those structures be depending on the actual astrophysical environment, in particular whether being in high and low mass star forming regions. Molecules can be formed mainly via gas phase reactions of ions with neutrals or via surface reaction mechanisms. Presently fairly complex scenarios are considered where some less complex molecules are formed in gas-phase, freeze-out on grains, surface-react, desorb and potentially react further in the gas phase. Observations of particular molecules which are thought to be related in particular reaction schemes can give clues as to what the dominant formation process is.

Many of the complex molecules like ethanol, C2H5OH, can be identified by their rotational lines of the main isotopologue which in many cases are available in Cologne Data Base for Molecular Spectroscopy (CDMS). However, dimethyl ether, CH3OCH3, is an example of a very prominent molecule in space, for which not even this information is available over a sufficient frequency range and thus many astronomical line surveys suffer from the presence of unidentified lines. It is the aim of current projects in the THz spectroscopy group to fix this problem thanks to very high-accuracy measurements in the laboratory.

Contact:Dr. Frank Lewen