Mattis Magg

Eingrenzung der Eigenschaften von Starburst
Galaxien
RISE Weltweit Praktikum 2015
Mattis Magg
03.08.2015-27.09.2015
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1.1
Allgemeines
Reisevorbereitungen
Im März 2015 erhielt ich die Zusage für das RISE Stipendium in St Andrews in
Schottland und setzte mich direkt danach mit meiner Betreuerin Dr. Vivienne Wild
in Verbindung.
St Andrews ist eine sehr schöne kleine Stadt an der Ostküste Schottlands. Es
gibt zwei lange Strände, zum Baden ist es aber in der Regel zu kalt. Die Bekanntheit
von St Andrews für den ältesten Golfplatz und der gute Ruf der Universität machen
die Stadt und vor allem Mieten relativ teuer. Die naturwissenschaftlichen Institute
der Universität liegen am Stadtrand und sind in deutlich neuer als der die meisten
anderen Universitätsgebäude in der Altstadt.
Meine Versuche ein Zimmer in einem der örtlichen Studentenwohnheime zu finden waren nicht erfolgreich. Von der zuständigen Stelle bekam ich die Information,
dass die Zimmer während des Semestern nur an Studenten und nur von September bis Juni oder von Juni bis August vermietet werden. Auch bei den privaten
Wohnheimen in der nächsten Stadt, Dundee, erhielt ich ähnliche Antworten. Am
Ende habe ich etwa zwei Monate vor Beginn des Praktikums ein privates Zimmer
in Dundee gefunden. Viele derartige Angebote findet man auf spareroom.co.uk. Es
empfiehlt sich dringend einige Monate im Voraus nach Privatzimmern zu suchen, da
viele der Angebote nicht mehr aktuell sind und die Vermieter nicht unbedingt zügig
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(oder überhaupt) auf Emails antworten.
Dundee liegt etwa eine halbe Stunde Busfahrt von St Andrews entfernt, die Monatskarte kostet für Studenten 100 £. Auch ist Dundee eine etwas größere Stadt und
bietet vielfältigere Möglichkeiten einzukaufen und ein weites Angebot an Kneipen
und Restaurants.
Ein Visum zu beantragen war nicht nötig und meine Betreuerin hat alles nötige
mit der Universität geklärt. Somit war die einzige noch übrig bleibende Reisevorbereitung einen Flug zu buchen.
1.2
Reise nach und in Schottland
Mein Flug kam am 3. August in Edinburgh an. Von dort bin ich in ungefähr zweieinhalb Stunden mit dem Bus nach Dundee gefahren. In Großbritannien gibt es
in vielen Gegenden mehrere unabhängige Nahverkehrsgesellschaften, was die Suche nach Verbindungen unübersichtlich machen kann. Wichtig ist herauszufinden,
ob man die Tickets im Bus kaufen kann und ob Fahrten vorher reserviert werden
müssen. Da Schotten im Allgemeinen aber sehr hilfsbereit sind, kann man immer
versuchen einfach jemanden zu fragen. Manchmal, insbesondere bei Busfahrern, ist
es auch bei guten Englischkenntnissen schwierig den Dialekt zu verstehen. In meinem Fall hat meine Vermieterin mir vorab geschrieben, wie ich am einfachsten nach
Dundee komme.
Während meines Praktikums habe ich an Wochenenden einige Fahrten durch
Schottland unternommen. Es gibt diverse historische Schlösser, die man besichtigen
kann. An Sonntagen fahren Busse aus Dundee direkt nach Glamis Castle, was als
besonders sehenswert gilt. Die Monatskarte, die man braucht um von Dundee nach
St Andrews zu fahren, gilt außerdem für die gesamte Region (Königreich Fife) und
für Fahrten in angrenzende Städte, insbesondere Edinburgh. Im gesamten August
ist da das ausgesprochen sehenswerte Theaterfestival The Fringe, das ich mit einer
Mitbewohnerin besuchte.
1.3
Ablauf des Praktikums
Am 5. August fing mein Praktikum in St Andrews an. Meine Betreuerin, sowie alle
anderen mit denen ich dort zu tun hatte, waren ausgesprochen nett und freundlich.
Da die deutschen Semesterferien im internationalen Vergleich erst sehr spät beginnen, hatten fast alle anderen Sommerstudenten ihr Praktikum beendet, bevor ich
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angekommen war. Daher konnte ich auch nicht an den zahlreichen Aktivitäten, die
von Fakultätsmitgleidern für die Sommerstudenten organisiert wurden, teilnehmen.
Andererseits hatte dies auch den Effekt, dass ich am Ende des Praktikums mit vier
wissenschaftlichen Mitarbeitern in einem Büro arbeiten konnte, was einen besseren
Einblick in die Arbeitsgruppen lieferte.
Das Praktikum begann mit einem Spaziergang durch St Andrews, auf der Suche
nach den Büros, die Universitätsausweise ausstellen, was eine gute Gelegenheit bot,
die Stadt näher kennenzulernen. Im weiteren Verlauf war das Praktikum produktiv
aber weitgehend ereignislos. Es hat sich schnell herausgestellt, dass das ursprüngliche Projekt nicht mit angemessenem Aufwand umsetzbar war. Deshalb haben wir,
um das gleiche Ziel zu erreichen, mit der Entwicklung eines eigenen Programmes
begonnen.
Das Praktikum in St Andrews war für mich ausgesprochen lehrreich. Ich konnte
sowohl meine Sprach- als auch Fachkenntnisse deutlich verbessern. Außerdem konnte
ich an dem veränderten Projekt einige Fortschritte erzielen. Es ist uns gelungen einen
wichtigen Grundstein für ein neues Programm zur Auswertung und Interpretation
von Galaxienbeobachtungen zu legen.
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Zum Inhalt des Praktikums
2.1
Problemstellung
Gegenstand des Praktikums waren sogenannte Starburst und Post-Starburst Galaxien. Dieses sind gekennzeichnet durch eine kürzliche (Starburst) oder bis zu einige
hundert Millionen Jahre (Post-Starburst) zurückliegende Phase starker Sternentstehung Wild et al. (2009). Da diese Galaxien zu weit entfernt sind, um einzelne Sterne
zu beobachten und die Zeitskalen der relevanten Vorgänge typischerweise im Bereich
von mehreren Millionen Jahren sind, ist es kompliziert die Eigenschaften dieser Galaxien beobachterisch einzugrenzen. Das übliche Vorgehen dabei ist, eine große Menge
künstlicher Galaxienspektren zu erzeugen, aus diesen synthetische Beobachtungen
zu berechnen und sie mit den echten Beobachtungen zu vergleichen.
Ursprüngliches Ziel der Praktikums war es, das Programm CIGALE1 , das mit
dieser Methode die Eigenschaften von Galaxien bestimmt, in Betrieb zu nehmen
und zu modifizieren, so dass es neben Vielfarbenbeobachtungen (Photometrie) auch
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http://cigale.lam.fr
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ganze Spektren von Galaxien auswerten kann. Es stellte sich schnell heraus, dass
Letzteres nur sehr schwierig umzusetzen wäre, ohne sehr tief in die Programmstruktur einzugreifen. Solche Eingriffe sind sehr fehleranfällig und schwierig, insbesondere
wenn man das Programm nicht selbst entwickelt hat. Außerdem traten einige Probleme mit der Datenauswertung von CIGALE auf, die irreführende Ergebnisse
verursachen. Deshalb wurde mit der Entwicklung einer eigener Software begonnen.
Dieses Programm beruht weitgehend auf der Publikation zum Programm MagPhys
(da Cunha et al., 2008). Die Grundidee ist jedoch gleich wie bei CIGALE. Von dem
Versuch MagPhys zu modifizieren haben wir abgesehen, da es in einer Mischung
aus FORTRAN 77 und FORTRAN 90 geschrieben wurde, die wir vermeiden
wollten.
Das neue Programm hat CIGALE gegenüber einige Vor- aber auch Nachteile.
CIGALE und MagPhys verfügen über eine selbstkonsistente Modellierung von
Staubemission. Dabei wird darauf achtgegeben, dass genau so viel Energie durch
den Staub in Galaxien absorbiert wie emittiert wird. Diese Staubemission ist (noch)
nicht in das neue Programm eingebaut.
Das neue Programm hat, neben der Möglichkeit Spektren und Photometrie simultan zu fitten, im Wesentlichen drei Vorteile gegenüber CIGALE. Einerseits sind
die beiden Programmteile, die synthetische Galaxienspektren berechnen und mit Beobachtungen vergleichen, vollständig voneinander getrennt. Das ermöglicht, berechneten Spektren auch für andere Projekte zu verwenden. Außerdem müssen die Spektren nicht für jeden Durchlauf neu berechnet werden, was bei mehrfacher Benutzung
des Programms einen weiten Teil der Rechenzeit einspart. Andererseits werden die
Parameter der synthetischen Spektren zufällig von kontinuierlichen Wahrscheinlichkeitsverteilungen gezogen. Das verhindert Probleme bei der Datenauswertung, die
durch das von CIGALE verwendete diskrete Parametergitter verursacht werden.
In seinem gegenwärtigen Zustand ist das entwickelte Programm zwar nicht fertig,
aber alle Grundfunktionen sind vorhanden und wir haben eine konkrete Vorstellung
von den weiteren nötigen Arbeitsschritten, um es fertigzustellen. Zusätzlich gibt es
mehrere bereits vorbereitete Möglichkeiten den Funktionsumfang mit moderatem
Arbeitsaufwand zu erweitern. Bei Fertigstellung könnte dieses Programm, für Forschung in diesem Themengebiet, auch weit über die Arbeitsgruppe in St Andrews
hinaus nützlich sein.
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Literatur
da Cunha, E., Charlot, S., & Elbaz, D. 2008, MNRAS, 388, 1595
Wild, V., Walcher, C. J., Johansson, P. H., et al. 2009, MNRAS, 395, 144
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