Thesis onderwerpen Academiejaar 2006-2007

Thesis onderwerpen Academiejaar 2006-2007
Onderwerpen voor het wetenschappelijk onderzoek in het kader van een licentiaatsverhandeling aan het Instituut voor Sterrenkunde. Voor meer informatie kan u steeds terrecht
bij de begeleider(s) van elk onderwerp.
http://www.ster.kuleuven.be/staff/index en.html
1. Een model van de Melkweg.
Martin Groenewegen
Het doel van een ’Galactisch Model’ is het kunnen voorspellen van het aantal sterren en hun kleuren in verschillende filters voor verschillende richtingen binnen de
Melkweg. Dit is een complex probleem en hangt af van de verdeling van sterren,
de stervormingsgeschiedenis, metaalgehalte, etc, etc. Andersom, door het model te
vergelijken met waarnemingen in verschillende richtingen kan men dus iets afleiden
over de structuur van de verschillende componenten van de Melkweg.
Wij gebruiken in Leuven een model dat ontwikkeld is door Dr. Girardi uit Padua
(http://trilegal.ster.kuleuven.be), en met parameters die bepaald zijn door een aantal
velden te gebruiken als calibratie. Het project heeft tot doel dit model te verfijnen.
(1) De invloed van massaverlies op de kleuren van laat-type AGB sterren wordt op
het ogenblik niet meegenomen. Door een stralingstransport code te koppelen aan
het Galactisch Model kan dit wel gebeuren. Het doel is m.b.v. de gemodificeerde
code de aantallen sterren en kleuren in de IRAS database (een catalogus van ca 250
000 bronnen op 12 en 25 micron, ideale golflengten om massaverlies te traceren) te
verklaren.
(2) Een globaal vergelijk te doen in het optisch tussen Girardi’s model en de Guide
Star Catalog. In welke delen van de hemel fit het model beter/slechter en wat kan
daarvan de oorzaak zijn ?
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
2. AGB sterren in de Lokale Groep.
Martin Groenewegen
Alle sterren zijn zuurstofrijk als ze worden gevormd. Zuurstofrijk in deze context
betekent dat er meer zuurstof dan koolstof atomen in de ster fotosfeer zijn. In de
laatste evolutie fase van gemiddelde massa sterren, de Asymptotische Reuzen Tak
(AGB), vinden er in het centrum van de ster nucleaire processen plaats waarbij koolstof wordt gevormd, dat tenslotte ook gemengd wordt in de fotosfeer. De sterren op
1
de AGB zijn koel en dat betekent dat er langzamerhand een overgang kan plaatsvinden van het vormen van zuurstofrijke moleculen (TiO, SiO) naar koolstofhoudende
moleculen (C2 , CN), en de ster wordt dan een koolstofster genoemd.
We hebben waarnemingen ter beschikking in verschillende filters die tot doel hebben
de zuurstofrijke van de koolstofrijke AGB sterren te scheiden gebruik makend van het
feit dat de verschillende moleculen op verschillende golflengten licht absorberen. Het
betreft drie buren van de Melkweg namelijk de stelsels Carina, Phoenix and Sculptor.
Het doel van het project is ten eerste deze data te reduceren, ten tweede alle bronnen
te extraheren van de images en de waarnemingen in de verschillende filters met elkaar
te correleren, en ten derde de M- en C-sterren op de sporen. De projekt moet leiden
tot het samenstellen van de definiteve lijst met AGB sterren in deze 3 stelsels.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
3. Variable sterren gezien met INTEGRAL.
Martin Groenewegen
De International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) is een sateliet
die primair bedoeld is om in het Rontgen-gebied waarnemingen te doen van hoogenergetische processen in het universum. Multi-golflengte waarnemingen zijn echter
bijzonder belangrijk bij hoog-energetische waarnemingen en daarom is INTEGRAL
ook uitgerust met een CCD camera genaamd Optical Monitoring Camera (OMC).
Naast de hoog-energetische bron die simultaan met een van de andere hoge-energie
instrumenten wordt waargenomen neemt de OMC ook alle andere sterren waar in
zijn blikveld.
Door de waarneem strategie op de X-ray bronnen betekent het dat de OMC database tijdreeksen van fotometrie heeft op tijdschalen van uren tot maanden van 15000
bronnen. Het idee is om ten eerste de tijdreeksen te downloaden van de belangrijkste
klassen van variable sterren (Miras, eclipserende dubbelsterren, cepheiden, RR Lyrae), en ten tweede de lichtkrommen te analyseren met een bestaand programma om
tenslotte de periode te bepalen en te vergelijken met wat in de literatuur gekend is.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
2
4. Circumstellaire winden in beeld gebracht via CO rota-vibrationele lijnen.
Project kan in het kader van het ERASMUS programma in Upsalla (Zweden).
Leen Decin, Maarten Reyniers
Sterren met een massa gelegen tussen ∼0.8 en ∼8 zonsmassa’s gaan op het einde van
hun leven doorheen de zogenoemde ”Asymptotic Giant Branch”(AGB)-fase. Deze
AGB-sterren pulseren met periodes van een paar honderd dagen. Deze pulsaties
worden momenteel aanzien als de belangrijkste oorzaak tot het ontstaan van een
sterrenwind. Het massaverlies doorheen de sterrenwind domineert tijdens de AGBfase de stellaire evolutie.
Tijdens dit project willen we rota-vibrationele lijnovergangen van koolstofmonoxide
(CO) analyseren. Deze lijnovergangen worden ge-emitteerd in de circumstellaire
enveloppe rondom de AGB-sterren. De waarneemgegevens van 2 AGB-sterren (L2
Pup en R Hya) zijn bekomen met de hoge-resolutie Phoenix spectrograaf door gebruik
te maken van een nieuwe techniek. Hiermee proberen we een beeld te maken van de
circumstellaire enveloppe doorheen licht van de sterfotosfeer die verstrooid wordt in
de nabij-infrarode rota-vibrationele CO lijnen. Deze techniek geeft ons informatie
over de binnenste schil van de circumstellair enveloppe waar de sterrenwind onstaat,
en zal ons zo in staat stellen om het exacte fysische mechanisme verantwoordelijk
voor het massaverlies beter te verstaan.
Dit project gebeurt in nauwe samenwerking met de sterrenkundige collega’s aan
de Universiteit van Uppsala, Zweden. Het project kan gekozen worden door een
Leuvense student of door een Erasmus-student. De Erasmus-student staat in Uppsala
onder begeleiding van Prof. Bengt Gustafsson en dr. Nils Ryde, beide experts in het
voorgestelde onderzoeksdomein.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
5. Ontrafelen van de massaverlies-geschiedenis van AGB-sterren en rode superreuzen.
Project kan in het kader van het ERASMUS-programma in Bonn.
Leen Decin, Sacha Hony, Tijl Verhoelst
Massaverlies domineert de evolutie van lage en middelzware sterren (lichter dan ∼8
zonsmassa’s) tijdens de zogenoemde ”Asymptotic Giant Branch”(AGB)-fase. Bovendien vormt het gas en stof dat tijdens deze fase wordt uitgestoten de voornaamste
verrijking van het interstellair midden. Recente waarnemingen wijzen meer en meer
op het belang van variaties(!) in het massaverlies.
Onlangs hebben wij, in samenwerking met collega’s uit Amsterdam en Stockholm,
kunnen laten zien dat men modulaties in het massaverlies duidelijk kan aantonen via
de modellering van rotationele lijnovergangen van koolstofmonoxide (CO). Daartoe
hebben we een eigen theoretische code (GASTRoNOoM) ontwikkeld. Deze code
3
werd reeds toegepast voor de analyse van 1 AGB-ster en 1 superreus. Het doel
van het project is om de GASTRoNOoM-code toe te passen bij de analyse van
een steekproef van ongeveer 30 AGB-sterren en superreuzen. Daartoe hebben wij
hoge signaal-over-ruis data bekomen met de JCMT (Hawaii) en de APEX (Chili)telescoop. De modellering zelf zal voornamelijk gebeuren met behulp van de VICsupercomputer van de KULeuven. Hierbij willen we het belang van modulaties bij
het massaverlies beter in kaart brengen, en zien of dit proces al dan niet intrinsiek is
bij stof-aangedreven sterrenwinden.
Dit project kan gekozen worden door 2 studenten. De uitwerking van het project
gebeurt in nauwe samenwerking met de sterrenkundige collega’s aan de Universiteit
van Bonn, Duitsland. Het project kan gekozen worden door een Leuvense student of
door een Erasmus-student. De Erasmus-student staat in Bonn onder begeleiding van
Prof. Karl Menten, tevens PI (Principal Investigator) van het APEX project.
6. Interferometrische studie van het symbiotisch systeem SS Leporum.
Tijl Verhoelst, Bram Acke
SS Lep is een nauw binair systeem dat bestaat uit een A-type ster en een M-type
reus. Sterke emissielijnen en een infrarood exces (ten gevolge van thermische straling
van stofdeeltjes) wijzen op massatransfert. De evolutionaire status van het systeem
is momenteel nog niet duidelijk: mogelijk is het een erg jong systeem, waarbij de M
ster nog volop in contractie is, anderen beweren dan weer dat beide sterren al voorbij
de hoofdreeks geëvolueerd zijn.
Het voorgestelde onderzoeksproject heeft als doel dit systeem te karakteriseren met
ruimtelijk opgeloste observaties in het nabij infrarood. Daartoe volstaat zelfs de
grootste telescoop niet. Interferometrie, dit is het coherent combineren van licht van
verschillende telescopen, vormt de oplossing. Door analyse van het contrast van het
interferentiepatroon kunnen we de intensiteitsverdeling aan de hemel reconstrueren.
Concreet beschikken we over een grote hoeveelheid K-band (2.2 micron) observaties
met het instrument VINCI op de VLT-I (Paranal, Chili). Tesamen met een schatting
van de bijdrages van de verschillende componenten (beide sterren, circumstellair stof)
bij deze golflengte uit een spectrale energie verdeling, hopen we de diameters en
separatie van beide sterren te bepalen. Dat moet ons helpen bij het achterhalen van
hun evolutionaire status.
Dit project kan door 1 student gekozen worden.
4
7. Golflengte-afhankelijkheid van diameters van rode reuzen.
Project kan in het kader van het ERASMUS-programma in Wenen.
Tijl Verhoelst, Leen Decin, Sacha Hony, Josef Hron
Rode reuzen hebben een uitgebreide, relatief ijle atmosfeer waarin de temperatuur
laag genoeg is voor het ontstaan van allerlei moleculen. Die moleculen zijn zichtbaar
in het spectrum als brede absorptiebanden. Uit die geobserveerde banden kan enkel
indirect informatie afgeleid worden uit de atmosferische structuur door vergelijking
met synthetische spectra berekend op basis van atmosfeermodellen.
Het voorgestelde onderzoeksproject wil de atmosferische structuur van rode reuzen
op een meer directe wijze analyseren, namelijk aan de hand van interferometrische
observaties. Daarbij wordt het licht van veschillende telescopen coherent gecombineerd. Uit de analyse van het contrast van het interferentiepatroon als functie
van golflengte en telescoopseparatie, kunnen we een idee krijgen van de structuur
van de ware steratmosfeer. Die moet dan geconfronteerd worden met de geschikte
steratmosfeermodellen. Hiertoe kunnen we gebruik maken van de pas vrijgegeven
gegevensbank van de Palomar Testbed Interferometer (California).
Dit project kan gekozen worden door 1 student, die (indien gewenst) hiervoor als
Erasmus student enige tijd in Wenen, Oostenrijk, kan doorbrengen bij Prof. Josef
Hron.
8. Chemische analyse van de stofschillen rond rode superreuzen.
Tijl Verhoelst, Sacha Hony
Rode superreuzen hebben vaak een sterke sterrenwind die de circumstellaire omgeving
vult met stof en gas. Het mechanisme dat deze sterrenwind aandrijft is echter nog niet
volledig begrepen. De samenstelling van het stof speelt waarschijnlijk een cruciale
rol.
Dit onderzoeksproject bestaat uit het modelleren van het infrarode spectrum, opgemeten met het Infrared Space Observatory, van een steekproef rode superreuzen met
behulp van de daartoe ontwikkelde computercode MoDust. Die laat ons toe zowel
de chemische samenstelling als de afmetingen en de kracht van het massaverlies te
bepalen. Vervolgens kunnen we op zoek naar correlaties tussen de aanwezigheid van
bepaalde stoftypes en bijv. de sterkte van het massaverlies, de locatie van stofvorming
enz.
Dit onderwerp kan door 1 student worden gekozen.
5
9. Nieuwe algoritmen voor frequentiebepaling van variabele sterren.
Jan Cuypers (Koninklijke Sterrenwacht)
Van periodiek variabele sterren zijn vaak reeksen metingen van allerlei aard beschikbaar: bv. lichtvariaties waargenomen in verschillende kleurfilters of radiale snelheden
bepaald op verschillende golflengten. Om instrumentele redenen kan een dataset uit
het verleden soms niet zonder meer aan een dataset van nu gekoppeld worden. Hoewel men mag veronderstellen dat de frequentie(s) in al deze datasets gelijk zijn (of
met elkaar verwant), wordt van dit gegeven maar zelden gebruik gemaakt om de
frequenties beter te bepalen. Het is de bedoeling in deze thesis na te gaan met welke methoden zulke datasets gelijktijdig geanalyseerd kunnen worden en hoe groot de
winst in detectievermogen en nauwkeurigheid daarbij kan zijn. Een verwant probleem
is het zoeken naar de meest efficinte manier van frequentiebepaling voor grote hoeveelheden van datasets van verschillende sterren die een identieke of bijna-identieke
serie van waarnemingstijdstippen hebben. Hier bestaat nog geen onderzoek over,
maar het kan van groot belang zijn voor de analyse van tijdreeksen die komen van
satellieten zoals COROT en GAIA.
Een groot deel van de programma’s die nodig zijn voor dit werk bestaan al of worden
nu aangepast om zowel gesimuleerde data als bestaande dat van o.a. de Mercatortelescoop te analyseren.
Dit onderwerp kan door 1 student worden gekozen.
10. Abondantieanalyse van post-AGB sterren.
Maarten Reyniers
De “Asymptotic Giant Branch”-fase (AGB-fase) van een ster met kleine en middelgrote initiele massa (kleiner dan ong. 9 zonsmassa’s) start als het helium in haar
kern uitgeput is en de energieproduktie overgenomen wordt door een meer naar buiten gelegen heliumverbrandende schil. Een ster ondergaat tijdens deze evolutionaire
fase verschillende ingrijpende morfologische en chemische veranderingen. Een belangrijk, maar tot nu toe weinig begrepen proces tijdens de laatste fasen op de AGB
is de zgn. derde “dredge-up”, d.i. de vermenging van de buitenste sterlagen door
grootschalige convectieve bewegingen, waarbij producten van de interne nucleosynthese (voornamelijk koolstof en s-proces elementen) aan de oppervlakte verschijnen.
S-proces elementen zijn elementen zwaarder dan ijzer die worden gevormd door neutroneninvanging. Via atomaire overgangen in de optische spectra van (post-)AGB
sterren, kan de abondantie van een groot aantal elementen worden afgeleid.
In dit licentiaatswerk zullen spectra geanalyseerd worden van post-AGB sterren, die
opgenomen zijn in februari 2005 met de UVES spectrograaf. Deze spectrograaf is
gemonteerd op een van de vier VLT telescopen van ESO, momenteel de grootste
6
optische telescopen waar Belgische atronomen toegang tot hebben. De sterren die
aan een chemische analyse zullen worden onderworpen zijn zo’n zwakke objecten dat
ze enkel met een telescoop van deze grootte (8m) kunnen worden waargenomen. De
student start met de analyse van IRAS07253-2001, een F-type post-AGB object dat
nooit voorheen in hoge resolutie werd waargenomen. De spannende zoektocht naar
lijnen van s-proces elementen kan beginnen...
Dit onderwerp kan door 1 student worden gekozen.
11. ERASMUS-project “Abondantieanalyse van koolstofrijke AGB-sterren”
te GRANADA, Spanje.
Maarten Reyniers, Carlos Abia (Universidad de Granada, [email protected])
Inma Dominguez (Universidad de Granada, [email protected])
Voor de algemene inleiding van dit onderwerp: zie licentiaatsthesis “Abondantieanalyse van post-AGB sterren”.
In dit licentiaatswerk zullen spectra geanalyseerd worden van AGB en/of koele postAGB sterren. De spectra zullen geanalyseerd worden onder toezicht van Prof. Carlos
Abia van de universiteit van Granada. Koelere (post-)AGB sterren zijn iets moeilijker te analyseren dan de hetere objecten, omdat zij meer moleculaire lijnen in hun
spectrum vertonen, maar bieden daardoor ook de mogelijkheid om bijv. isotoopverhoudingen af te leiden.
Indien de student meer geinteresseerd is in theoretisch werk over ditzelfde onderwerp,
kan hij/zij ook kiezen voor een thesisproject onder leiding van Prof. Inma Dominguez van dezelfde universiteit. Beide onderzoekers (Abia en Dominguez) werken nauw
samen, dus een middenweg kan in principe ook worden gekozen.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
12. Korte-termijn variabiliteit van de komeet C/2004 Q2 Machholz.
Maarten Reyniers, Jan Cuypers (Koninklijke Sterrenwacht
Sinds mensenheugnis spreken kometen tot de verbeelding. Ook in de moderne sterrenkunde nemen kometen een apart -en weinig begrepen- plaatsje in. Een parameter
waarover we graag meer willen weten is hun rotatieperiode. In dit licentiaatswerk
gaan we proberen een rotatieperiode af te leiden voor de komeet C/2004 Q2 (Machholz). Deze heldere komeet was in het begin van vorig jaar (2005) zelfs met het
blote oog te bewonderen. Met de Merope camera gekoppeld aan de Mercator telescoop op La Palma zijn in de loop van januari 175 fotometrische waarnemingen
verzameld in drie verschillende filters. Door middel van aperture fotometrie met een
zeer kleine aperture, zullen we proberen om nauwkeurige schattingen te maken voor
7
de helderheid van de komeetkern. We zullen daarbij rekening moeten houden met
de seeing op het moment van de waarneming. Op deze magnituden van de kern
voeren we vervolgens een periode-analyse uit om eventuele periodieke variabiliteit te
ontdekken.
De student die dit onderwerp kiest, zal zich moeten inwerken in het werken met
CCD fotometrie. Hij/zij vertrekt van de “ruwe gegevens” - dit zijn de data zoals ze
uit het instrument aan de telescoop komen - en zal de gegevensverwerking (de zgn.
“reductie”) zelf uitvoeren. Dit werk is vrij technisch, en vereist vrij intensief computergebruik. Daarnaast is er zeker ook aandacht voor interpretatie en omkadering
van de bekomen resultaten.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
13. Verrodingsbepaling in de gezichtslijn naar geëvolueerde objecten via 2D
metingen met MERCATOR.
Hans Van Winckel, Clio Gielen, Maarten Reyniers
Het licht van verre sterren wordt vaak verduisterd door materiaal dat zich tussen
de bron en de waarnemer bevindt. Deze verduistering wordt veroorzaakt door koel
stof, dat straling absorbeert bij korte golflengtes, en het weer uitstraalt in de langere
(nabije infrarood of infrarood). Men spreekt van ”verroding”. Men onderscheidt
circumstellaire verroding, veroorzaakt door circumstellair materiaal en interstellaire
verroding, veroorzaakt door het ijle interstellaire midden.
Post-AGB sterren zijn vaak verrood, en deze verroding is een combinatie van interstellaire en circumstellaire verroding. In dit licentiaatswerk zal deze totale verroding
van naderbij worden bekeken. De totale verroding is meestal goed af te schatten
maar de verdeling over de interstellaire en circumstellaire component is dit veel minder. De student zal daarom een methode uitwerken om de interstellaire verroding in
functie van de afstand nauwkeurig af te schatten aan de hand van 2D fotometrische
metingen in verschillende filters. Deze metingen worden uitgevoerd met onze 1.2m
Mercator telescoop.
De methode zal dan worden toegepast om de verrodingsfunctie te bepalen in de
gezichtlijn van enkele post-AGB sterren. Dit zal ons in staat stellen om de circumstellaire component van de verroding te bepalen. Dit is nodig om de circumstellaire
enveloppe van de objecten te kunnen modelleren.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
14. Zijn alle RV Tauri sterren binair ?
Hans Van Winckel
RV Tauri sterren vormen een vrij heterogene groep van pulserende sterren. De lichtkromme wordt gekenmerkt door een alternerende diep en minder diep minimum.
8
RV Tauri sterren zijn ver geëvolueerde objecten met hoge lichtkracht die veelal omgeven zijn door circumstellair stof.
De laatste jaren is echter duidelijk geworden dat vele RV Tauri objecten in binaire
systemen resideren. De gevonden orbitale banen zijn zodanig, dat de sterren in hun
vroegere evolutie, heel sterke binaire interactie hebben moeten ondergaan. RV Tauri
sterren lijken dus eerder een klasse van merkwaardig geëvolueerde binaire objecten
te zijn.
In dit werk zal dus de gehele klasse van RV Tauri objecten bekeken worden. Eigen
metingen bekomen met de 1.2m Mercator telescoop zullen aangevuld worden met
uitgekiende ’data-mining’ van on-line beschikbare gegevens van satellieten en van
internationale sterrenwachten. De bedoeling is om, via een nauwkeurige studie van de
energiedistributies, de klasse van RV Tauri sterren verder te bestuderen om zodoende
inzicht te krijgen in de invloed van binariteit op de late evolutie van sterren.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
15. Variabele waterstofemissie uit de schijf rond HD 100546: op zoek naar de
jongste exoplaneet tot nu toe.
Bram Acke
Jonge sterren worden omringd door een stof- en gasrijke schijf. Deze schijf is het
overblijfsel van het stervormingsproces. Na ongeveer 10 miljoen jaar ”verdwijnen”de
meeste circumstellaire schijven. De huidige hypothese zegt dat het stof in de schijf
samenklit tot grotere objecten (stofkorrels, kometen, planetesimalen) en uiteindelijk
een planetenstelsel vormt. Hierdoor worden de oorspronkelijk kleine stofdeeltjes opgeslagen in compacte lichamen, waardoor ze van op grote afstand onzichtbaar worden.
Het gas uit de oorspronkelijke schijf wordt ofwel ingevangen door massieve planeten
(gasreuzen), of valt in op de ster.
HD 100546 is een pre-hoofdreeksster van ongeveer 2.5 zonsmassa’s. Ze is omringd
door een circumstellaire stof- en gasschijf. De leeftijd van het object wordt geschat
op meer dan 10 miljoen jaar. Dit maakt het systeem uiterst geschikt om de hierboven
genoemde hypothese te testen. Zeer recent zijn er sterke aanwijzingen gevonden dat
er een stofvrij gat in de binnenste delen van de schijf zit. Dit wordt toegeschreven
aan de aanwezigheid van een massief object (planeet?) dat rond HD 100546 cirkelt
en de omgeving ”stofzuigt”. Zo’n massief object moet de structuur van de stofschijf,
maar ook van de gasschijf, sterk beı̈nvloeden.
Dit werk richt zich op het onderzoek van de emissielijnen van neutraal waterstof,
op basis van beschikbare optische spectra. De waterstoflijnen in het spectrum van
HD 100546 vertonen sterke variaties over een periode van meer dan 15 jaar. De
spectrale vorm en sterkte van deze lijnen leveren ons inzicht in de kinematica en
dichtheidsstructuur van de gasschijf. Mogelijkerwijs bevatten ze ook aanwijzingen
9
voor de aanwezigheid van een massief object dat de homogeniteit van de gasschijf
verstoort.
Het doel van het werk is om na te gaan of de lijnprofielvariaties van de emissielijnen
al dan niet overeenstemmen met de aanwezigheid van een massieve planeet in de
binnenste regionen van de circumstellaire schijf. Een bevestigend antwoord op deze
vraag zou een sterk bijkomend argument betekenen voor de aanwezigheid van de
jongste exoplaneet die tot nu toe ontdekt werd.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
16. Granulatie in Rode Reuzen.
Joris De Ridder
Wie kent niet die prachtige foto’s van de zon waarop je een netwerk van donkere
en lichtere delen ziet variëren? Het gaat hier over granules met een diameter van
ongeveer 700 km die variëren op een tijdschaal van de orde van 5 tot 10 minuten.
Zo’n granule leidt een leven op zich: ze wordt geboren, kan zich verenigen met een
andere granule, kan er ook weer van scheiden, en sterft uiteindelijk een zachte of
explosieve dood.
Voor de zon zijn de eigenschappen van granules zeer grondig bestudeerd geweest. Van
granulen op het oppervlak van rode reuzen, daarentegen, weet men nauwelijks iets.
Het enige wat men met vrij grote zekerheid kan zeggen, is dat men op rode reuzen
niet meer dan enkele tientallen – weliswaar zeer grote – granulen verwacht, geheel in
contrast met de miljoenen granulen die op het oppervlak van de zon waarneembaar
zijn.
We zullen binnenkort een grote stap voorwaarts zetten met de toekomstige satelliet
COROT die in het najaar van 2006 gelanceerd zal worden. Deze satelliet zal ononderbroken ultraprecieze helderheidsvariaties van sterren waarnemen gedurende 150
dagen. Helderheidsvariaties op lange tijdschaal worden geassocieerd met granulatie,
en kunnen dus dienen om informatie over rode reuzen granulen te halen.
Als je geı̈nteresseerd bent in dit onderwerp, zal je samen met mij een eenvoudig
model op poten zetten dat helderheidsvariaties door granulatie simuleert. Met ëenvoudig”bedoel ik het opstellen van een parametrisch model dat de relevante fysische
ingrediënten bevat. Dit zal je dan in een computercode gieten. Welke deze ingrediënten zijn, zullen we leren uit gepubliceerd onderzoek van zonnegranulen. Zo creëer
je je eigen rode reuzenoppervlak! De bedoeling van je model is dat het snel uitrekenbaar is, en bijgevolg ook gemakkelijk toepasbaar op COROT data.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
10
17. Een seismologische studie van de binaire Beta Cephei ster Sigma Scorpii.
Conny Aerts, Maryline Briquet, Maarten Desmet
Asteroseismologie van Beta Cephei sterren is de laatste drie jaren in een felle stroomversnelling gekomen, nadat het mogelijk bleek te zijn de mate van convectief overschieten af te leiden uit trillingen, alsook de interne rotatie van zulke sterren te
toesten uit frequentie-multipletten. Hieruit is o.a. het eerste observationele bewijs
geleverd van differentiele rotatie in een andere ster dan de zon. Tot nu toe is dit
resultaat nog maar voor twee sterren geboekt.
De modellering van de frequentie-spectra van Beta Cephei sterren vereist de nauwkeurige bepaling van verscheidene oscillatiefrequenties, een accurate modus identificatie
voor zoveel mogelijk onder hen en een onafhankelijke bepaling van de fundamentele
parameters (lichtkracht, Teff, log g, massa) van de ster. Helaas kennen we de lichtkracht van zulke zware sterren van spectraal type B0 tot B2 niet goed, omdat hun
parallaxen erg slecht bepaald zijn. Hierdoor moeten grote seismologische databases
doorlopen worden voor de modellering, waardoor oplossingen vaak niet uniek zijn en
zodoende krachtige interpretatie missen.
Een groot voordeel kan gehaald worden uit Beta Cephei sterren in nauwe dubbelsterren, waarvan de baan interferometrisch kan opgelost worden. Dit laat immers de
bepaling van een dynamische parallax toe, en dus een nauwkeurige afstand. Bovendien kunnen radiale snelheidsmetingen, gekoppelde met een schatting van de baaninclinatie uit de interferometrie, een grote beperking leggen op de massa’s van de
componenten. Tot nu toe werd deze methode toegepast op twee Beta Cephei sterren. Helaas hebben ze beide een te gecompliceerd oscillatiepatroon om seismologische
interpretatie te kunnen doen.
Het doel van dit project is een seismologische interpretatie door te voeren voor de
binaire Beta Cephei ster Sigma Scorpii = HD 147165. Dit is een welgekende Beta
Cephei ster van spectraal type B2III, waarvan het geweten is dat haar hoofdmodus
radiaal is. Dit laatste zal toelaten al een groot gedeelte van de parameterruimte te
elimineren. Aan het IvS werden hoge-resolutie spectra opgemeten van Sigma Scorpii,
welke een baan doorloopt in ongeveer 33 dagen. Bovendien heeft een Australisch team
interferometrische metingen verzameld met de Sydney University Stellar Interferometer waaruit zij de visuele baan, en zodoende ook de baaninclinatie en dynamische
parallax zullen afleiden. Deze informatie zullen wij toevoegen aan onze Leuvense
spectroscopische analyse om de primaire ster van Sigma Scorpii aan een grondige
seismologische analyse te onderwerpen.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
11
18. Ontdekking van drie nieuwe Beta Cephei sterren ?
Conny Aerts, Maryline Briquet
Asteroseismologie van Beta Cephei sterren is de laatste drie jaren in een felle stroomversnelling gekomen, nadat het mogelijk bleek te zijn de mate van convectief overschieten af te leiden uit trillingen, alsook de interne rotatie van zulke sterren te
toetsen uit frequentie-multipletten. Hieruit is o.a. het eerste observationele bewijs
geleverd van differentiele rotatie in een andere ster dan de zon. Tot nu toe is dit
resultaat nog maar voor twee sterren geboekt. Zodoende is het zeer wenselijk dit
voor meerdere sterren uit de klasse na te streven.
Er worden nog steeds voortdurende nieuwe Beta Cephei sterren gezocht en ontdekt.
Dit komt vooral omdat de oscillaties voor sommige van deze sterren enkel in hogeresolutie spectroscopische metingen zichtbaar zijn, omdat de helderheidsvariaties die
ze teweeg brengen een te kleine amplitude hebben en beneden de detectielimieten
liggen. Aan het IvS werden de afgelopen jaren nieuwe spectra verzameld van drie
sterren waarvan wij al een tijdje vermoeden dat het nieuwe Beta Cephei sterren zijn.
Dit vermoeden steunt op eerdere hoge-resolutie metingen van een silicium spectraallijn in hun spectrum. Er werden duidelijk lijnprofielvariaties gezien, maar de data
bleken onvoldoende in aantal te zijn om ze aan een grondige interpretatie in termen
van oscillaties te onderwerpen. De nieuwe spectra van de drie sterren, die de afgelopen twee jaren verzameld werden aan het IvS, bedekken een veel groter gebied in
golflengte en moeten toelaten om een definitieve interpretatie van de lijnprofielvariaties te doen in termen van oscillaties of een ander fysisch mechanisme. Het doel
van dit onderwerp is om het geheel aan spectroscopische metingen aan een grondige
lijnprofielanalyse te onderwerpen en af te leiden of het al dan niet om nieuwe Beta
Cephei sterren gaat.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
19. SPBs and Cp stars: discrimination between pulsators and spotted stars
through spectroscopy.
Maryline Briquet, Peter De Cat (Koninklijke Sterrenwacht)
At IvS a long-term project devoted to a large sample of slowly pulsating B stars
(SPBs) has been undertaken for several years with the aim to perform asteroseismic
studies of these B-type variables pulsating with periods of the order of days. This
initiative started after a number of new candidate SPBs had been discovered thanks
to the ESA HIPPARCOS space mission. In previous years observers of IvS have
gathered numerous high-resolution high signal-to-noise spectroscopic observations at
the ESO La Silla Observatory. The line-profile variations of silicon lines centered
at 4128-4130 Å have been intensively analysed, allowing the detection of pulsation
frequencies and the identification of the modes of SPBs.
12
At the same position of the HR diagram non-pulsating chemically peculiar (Cp) B
stars co-exist with slowly pulsating B stars. The observed variability of Cp stars is
due to their stellar rotation in presence of an inhomogeneous distribution of chemical
elements on the stellar surface. The rotation periods of such spotted stars are of
the order of one or a few days, which corresponds to the pulsation period range of
SPBs. Consequently, the discrimination between the pulsation and rotation modulation interpretations is not obvious and one needs ways in order to correctly classify
the studied star. In our SPB sample, we discovered that four monoperiodic stars
have been wrongly identified as SPBs and are actually spotted stars for which the
variability is due to the stellar rotation. We obtained this result from the comparison
of the behaviour of the velocity moments of two spectral lines of different chemical
elements and this allowed us to exclude the pulsation model.
For three other SPB stars showing one frequency in the Si II lines, the mode identification was not conclusive and one may doubt about the pulsation interpretation
for these stars. A study and comparison with the He I 4120 Å line will allow us to
exclude or to confirm pulsation as being the cause of the variability of these targets.
Such a line-profile study constitutes the first part of this thesis project.
A study of line-profile variations of He lines and lines of other chemical elements
for confirmed SPBs has not thoroughly been performed yet. However, a comparison
between spotted stars and pulsating stars is needed in order to discriminate easier
between both types of stars. Spectral lines of different chemical elements are at our
disposal for several SPB stars. Their study constitutes the second part of the project.
This subject is meant for one student.
20. SPBs and Cp stars: discrimination between pulsators and spotted stars
through photometry.
Maryline Briquet, Peter De Cat (Koninklijke Sterrenwacht)
At IvS a long-term project devoted to a large sample of slowly pulsating B stars
(SPBs) has been undertaken for several years with the aim to perform asteroseismic
studies of these B-type variables pulsating with periods of the order of days. This
initiative started after a number of new candidate SPBs had been discovered thanks
to the ESA HIPPARCOS space mission. In previous years observers of IvS have
gathered numerous Geneva photometric observations in Chile and in La Palma. The
analysis of these datasets allowed us to achieve the detection of pulsation frequencies
and the identification of the modes of SPBs.
At the same position of the HR diagram non-pulsating chemically peculiar (Cp) B
stars co-exist with slowly pulsating B stars. The observed variability of Cp stars is
due to their stellar rotation in presence of an inhomogeneous distribution of chemical
elements on the stellar surface. The rotation periods of such spotted stars are of
the order of one or a few days, which corresponds to the pulsation period range of
13
SPBs. Consequently, the discrimination between the pulsation and rotation modulation interpretations is not obvious and one needs ways in order to correctly classify
the studied star. In our SPB sample, we discovered that four monoperiodic stars
have been wrongly identified as SPBs and are actually spotted stars for which the
variability is due to the stellar rotation. This conclusion was possible thanks to spectroscopic observations. However, the photometric amplitude ratios in the Geneva
filters of these four stars were not compatible with a pulsation model. A thorough
comparison between the photometric amplitude ratios of Cp stars on the one hand
and confirmed SPBs on the other hand has not been performed yet. Such a work is
certainly needed in order to discriminate easier between both types of stars.
About 30 chemically peculiar B stars with a rotation period determined from magnetic measurements are known. For several of these stars, a sufficient number of
Geneva measurements have been obtained to be analysed. A first part of this thesis
project constitutes in performing a frequency search on these Geneva data, compare
the obtained frequencies with the known rotation periods and confront the behaviour
of the photometric amplitude ratios of these Cp stars with those of confirmed SPBs.
A second part of the project consists in simulating magnitude changes in different
Geneva passbands for a spotted star with a dipole magnetic field, the aim being
to predict how the amplitude ratios are expected to behave for such stars. This
theoretical part will also help in the discrimination between spots and pulsations.
This subject is meant for one student.
14
21. “Galactic Bulge”Reuze sterren: Studie van stellaire en galactische evolutie.
Joris Blommaert, Evelien Vanhollebeke
Bij het bestuderen van spiraalstelsels is de centrale ’bult’ (bulge in het Engels en
dus ook de algemeen gebruikte term in de sterrenkunde) een opvallende component
die ook een belangrijke rol speelt in de classificatie van de verschillende soorten
sterrenstelsels. De ontstaansgeschiedenis van de verschillende soorten bulges is nog
steeds een belanrijk onderwerp van discussie in de sterrenkunde.
De bulge van onze eigen Melkweg is een plaats die unieke mogelijkheden biedt om
stellaire populaties, sterevolutie en stellair massaverlies te bestuderen. Dit massaverlies komt uiteindelijk weer in het interstellaire midden (ISM) terecht en zal op die
manier het ISM ook weer verrijken. Een belangrijk voordeel dat de Bulge ons geeft
is dat de sterren op een vergelijkbare en vrij goed bekende afstand van ons afstaan.
We hebben, in een internationale samenwerking (VS, Frankrijk en Zuid-Afrika), een
project opgezet voor waarnemingen met de Spitzer infrarode satelliet en een telescoop
in Zuid-Afrika van een aantal gebieden in de Bulge met zeer hoge ruimtelijke resolutie
en ook met zeer gevoelige detectoren. Dankzij deze nieuwe waarnemingen is het
mogelijk om de allerlaagste massaverliezen bij Reuze sterren te detecteren.
Het hier voorgestelde studentenproject bevat 2 facetten. Ten eerste meewerken aan
de data-reductie van de verschillende waargenomen data en de combinatie van de verschillende catalogi die hieruit voortkomen. Daarna zijn er twee mogelijke aspecten die
kunnen ge-analyseerd worden. Of het project spitst zich toe op het massaverlies van
deze sterren en probeert verbanden te vinden met lichtkrachten, stertemperaturen
en variabiliteit van de sterren. Of een tweede mogelijkheid is om de ster-populatie
van deze velden te bestuderen en op die manier meer te weten te komen over de
onstaansgeschiedenis van de bulge.
Dit project kan door 2 studenten gekozen worden.
22. Stellaire calibratoren voor de medium-resolutie spectrograaf van MIRI.
Joris Blommaert, Eva Bauwens
MIRI is het Mid-Infra-Rood Instrument van de NASA/ESA James Webb Space Telescope, de opvolger van de Hubble Space telescope. Dit instrument bestaat uit een
imager, een coronograaf, een lage resolutie spectrograaf en een medium-resolution
spectrograaf (MRS).
Eens de telescoop gelanceerd is (2013), moeten de instrumenten gecalibreerd worden.
Sterren vormen de belangrijkste groep van calibratoren die voor MIRI gebruikt zullen
worden. Het spectrum van deze sterren moet dus op voorhand zeer goed gekend zijn.
Door de hoge gevoeligheid van het instrument en de relatief grote onzekerheden in
15
de ster-modellen in het golflengte bereik van MIRI (5-28 micrometer), is dit niet
vanzelfsprekend.
Wij hebben een eerste lijst gemaakt van kandidaat calibratoren. Elk van deze bronnen moet echter verder onderzocht worden op geschiktheid als MIRI-calibrator aan
de hand van een reeks criteria. Het project zou er in bestaan om data van zowel
groundbased telescopen, als van satellieten (Spitzer, ISO) te reduceren en de bekomen resultaten te vergelijken met stermodellen. De bronnen waarvoor een IR excess
emissie gevonden wordt, moeten uit de lijst verwijderd worden. Voor de overige sterren moet een afschatting gemaakt worden van de nauwkeurigheid van de modellen.
Dit onderwerp kan door 1 student gekozen worden.
23. Water in Titan.
Tim Van Hoolst
Recente waarnemingen van de grootste ijsmanen van ons zonnestelsel tonen aan dat
verscheidene van deze manen (o.a. Europa, Ganymedes en Callisto van Jupiter,
en Titan van Saturnus) onder een bevroren oppervlak een grote inwendige oceaan
kunnen hebben. In dit project willen we de inwendige structuur van Titan bestuderen
aan de hand van getijden. Getijden zijn uitermate geschikt voor de detectie van een
inwendige oceaan omdat ze veel groter zijn met dan zonder inwendige vloeibare lagen.
In een eerste deel zullen we modellen voor de inwendige structuur van Titan opstellen.
Hiervoor maken we gebruik van experimentele gegevens over het gedrag van ijs onder
hoge druk. Vervolgens berekenen we de getijden van deze modellen en onderzoeken
we welke inwendige karakteristieken afgeleid kunnen worden uit getijdenwaarnemingen. Speciale aandacht zal besteed worden aan de viscositeit van ijs en de ermee
samenhangende dissipatie van getijdenenergie. Uit enkele voorlopige berekeningen
is namelijk gebleken dat de getijden niet alleen sterk afhankelijk zijn van de aanwezigheid van een inwendige oceaan, maar ook van de viscositeit van ijs. We zullen
in dit project onderzoeken of de aanwezigheid van een inwendige oceaan eenduidig
kan aangetoond worden met behulp van getijden. We zullen daarom niet alleen de
grootte maar ook de fase van de getijden onderzoeken.
De getijden van Titan worden momenteel geobserveerd door de Cassini-sonde. Dit
onderzoek zal dan ook vooral gericht zijn op Titan, hoewel de methodes algemeen
toepasbaar zijn op ijsmanen. De student zal bestaande computercodes moeten aanpassen en uitbreiden.
Dit project kan door 1 student gekozen worden.
16
24. Altimetrie van Mercurius.
Tim Van Hoolst
Mercurius, de minst bestudeerde aardse planeet van ons zonnestelsel, is erg belangrijk
voor onze kennis over de vorming en evolutie van planeten. In de zomer van 2004
heeft NASA een ruimtesonde naar Mercurius gelanceerd, en ook ESA werkt aan
een Mercuriusmissie. Enkele van de belangrijkste experimenten van beide missies
hebben als doel de inwendige structuur van Mercurius te bepalen. In het bijzonder
tracht men te achterhalen hoe groot de kern is. En van de instrumenten is een
laseraltimeter, die laserpulsen zal uitzenden naar Mercurius en de tijd zal meten
tot de puls terug ontvangen wordt. Aan de hand van de metingen zal later een
nauwkeurige topografische kaart van Mercurius opgesteld worden.
Getijden veroorzaken variaties in de afstand tussen satelliet en planeetoppervlak.
Enerzijds moet hiervoor gecorrigeerd worden bij het opstellen van de hoogtekaart,
maar anderzijds bevat het getijdensignaal informatie over de kern van Mercurius. De
ijzerkern van Mercurius is relatief groot in vergelijking met die van de aarde, Venus
en Mars en is hoogstwaarschijnlijk deels vloeibaar. In een vorige studie hebben we
aangetoond dat de getijden van Mercurius sterk afhangen van de fysische toestand
en de straal van de kern. In dit project willen we nagaan of het getijdeneffect dat de
altimeters van de Mercuriusmissies gaan meten, kan gebruikt worden om de toestand
en de grootte van kern beter te bepalen. Getijden zorgen zowel voor een verplaatsing
van het oppervlak als voor veranderingen in de baan van de satelliet. We zullen
een model voor de altimetrische metingen opstellen waarbij beide getijdeneffecten in
rekening gebracht worden. Een haalbaarheidsstudie zal worden uitgevoerd, en een
strategie zal opgesteld worden om de resultaten te optimaliseren.
Dit project kan door 1 student gekozen worden.
25. Ontwerp en implementatie van een radiale-snelheidssimulator voor de
spectrograaf HERMES van Mercator en voor SONG
Kan in het kader van een Erasmus project genomen worden.
Joris De Ridder, Hans Kjeldsen (Arhus University,Denmark)
Bedoeling is een simulator te ontwerpen en te implementeren die nagaat wat de mogelijkheden zijn van de spectrograaf HERMES die momenteel in opbouw is en geinstalleerd zal worden aan de Mercator telescoop. Vele toepassingen in de asteroseismologie
en zoektocht naar exoplaneten vereisen ultra preciese radiale snelheidsdetecties op niveau van m/s amplituden. Doel van de simulator is na te gaan of dit haalbaar is met
HERMES en hieruit de meest optimale waarnemingsstrategie te definieren (targets,
programmering van observaties,...). De simulator zal zo opgebouwd worden dat hij
eveneens kan dienen voor een evaluatie van de mogelijkheden van het SONG project:
Stellar Oscillation Network Group, waarvan de leiding in Deense handen is. Dit is
17
een toekomstig netwerk van kleine telescopen met hoge-precisie spectrografen die zich
rondom de aardevenaar bevinden en specifiek bedoeld zijn voor asteroseismologie.
Dit project kan door 1 student gekozen worden.
18