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Titelaufnahme

Titel
Interstellar Medium Reconstruction / submitted by Bernhard Pöchtrager
AutorInnenPöchtrager, Bernhard
Beurteiler / BeurteilerinRamlau, Ronny
ErschienenLinz, 2017
Umfangv, 84 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Masterarbeit, 2017
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (GND)Interstellarer Raum / Interstellarer Staub / Dichte <Physik> / Licht / Intensität / Inkorrekt gestelltes Problem
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-19629 Persistent Identifier (URN)
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Interstellar Medium Reconstruction [2.15 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Englisch)

Astronomers are investigating on the spatial distribution of interstellar dust. These studies help to understand the physical and chemical evolution of the interstellar medium. Furthermore they are useful for studies about the origination of various objects. The aim of this thesis is to create a three-dimensional map that shows the shapes of the dust clouds and their density distribution within a given sphere. In this work the reconstruction model bases on measuring the intensity loss of specific starlights. This intensity loss is measured along the line of sight between the star and the space probe Gaia. Thus the quality of the output depends on the number of known stars. "Known stars" means in this context that the absolute brightness and the coordinates of the stars are given. The extinction is obtained from measurements of Gaia. In the first part the basic astronomical facts are introduced and discussed. The next section defines the mathematical basics for analysing and solving the problem. Subsequently the underlying physical model as well as the Radon, X-ray and divergent beam transform are analysed. Because the reconstruction problem is not uniquely solvable, the theory of ill-posed problems is necessary to be discussed for finding a proper solution. As a consequence of nonnegative densities a special approach is needed. Therefore three different iterative inversion methods, projected Landweber iteration, a method for smooth solution and damped projected Landweber iteration are presented. These methods are applied on a special spherical discretization. Numerical tests are performed with two appropriately constructed examples. The numerical results are finally explained in detail.

Zusammenfassung (Deutsch)

Astronomen forschen an der räumliche Verteilung von interstellarem Staub. Diese Forschungen helfen die Entwicklungen im interstellaren Raum besser zu verstehen. Außerdem sind sie für Studien über die Entstehung verschiedener Raumobjekte nützlich. In dieser Arbeit wird versucht, eine 3D Karte mit den Umrissen von Staubwolken im interstellarem Raum zu erstellen und deren Dichte zu berechnen. Das zugrundeliegende Rekonstruktionsmodell basiert dabei auf der Analyse des Intensitätsverlustes von Sternenlicht. Dieser Intensitätsverlust wird dabei entlang der Sichtlinie zwischen dem Stern und Raumsonde Gaia gemessen. Die Qualität der Berechnungen hängt dabei von der Anzahl der bekannten Sterne ab. "Bekannte Sterne" bedeutet in diesem Kontext, dass die Größe der absoluten Helligkeit und die Koordinaten der Sterne verfügbar sind. Die Extinktion wird von der Raumsonde Gaia durch Messungen im Weltall erhoben. Im ersten Teil werden die für die Arbeit notwendigen astromischen Begriffe eingeführt. Der daraufolgende Abschnitt erläutert alle für die Berechnungen notwendigen mathematischen Werkzeuge. Mit diesen werden das zugrundeliegende physikalische Modell definiert und analysiert. Das Rekonstruktionsproblem ist nicht eindeutig lösbar. Deshalb wird die Theorie der schlecht-gestellten Probleme angewendet, um eine geeignete Lösung zu finden. Da die Dichte von Objekten nicht negativ sein kann, muss für dieses Problem eine spezielle Herangehensweise gefunden werden. Dafür werden in dieser Arbeit drei iterative Lösungsmethoden, die projezierte Landweber Iteration, eine Methode für glatte Lösungen und die gedämpfte projezierte Landweber Iteration definiert und grundlegende Resultate präsentiert. Diese Methoden werden auf eine eigens konstruierte Kugeldiskretisierung angewendet. Abgeschlossen wird diese Arbeit mit zwei Testbeispielen. Die aus den numerischen Berechnungen ermittelten Ergebnisse werden schließlich genau analysiert.

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