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Optimizing extinction corrections in time series photometry
Daniela Klotz
Art der Arbeit
Magisterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*in
Michel Breger
DOI
10.25365/thesis.5470
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29803.94758.765564-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Erforschung der Entwicklung und des Aufbaus von pulsierenden Sternen ist ein fundamentales Gebiet der Astronomie. Um Aussagen über diese Eigenschaften treffen zu können ist es notwendig, das Innere der Sterne zu erforschen. Die Asteroseismologie bietet diese Möglichkeit, indem photometrischen Daten gewonnen werden, welche die Helligkeitsvariationen eines pulsierenden Sterns liefern. Mit Hilfe einer Frequenzanalyse ist es möglich, die Frequenzen, Amplituden und Phasen eines periodisch Veränderlichen zu bestimmen. Diese liefern die notwendigen Informationen über die Schallwellen, welche Auskunft über das Innere der Sterne geben. Anhand dieser Erkenntnisse können die stellaren Parameter und physikalischen Prozesse im Stern beschrieben werden. Schon vorhandene theoretische Modelle können nun auf den Stern angewandt werden, um diese zu bestätigen oder zu falsifizieren. Um eine ausreichende Genauigkeit der photometrischen Daten zu erreichen, muss man einige instrumentelle und atmosphärische Effekte und Rauschquellen berücksichtigen und, wenn möglich, korrigieren.
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich vorwiegend mit der beobachtenden Asteroseismologie. Verschiedene Quellen von Rauschen als auch die einzelnen Schritte der Datenreduktion werden erläutert, und gebräuchliche Algorithmen sind angeführt. Ein großer Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Bestimmung des bestmöglichen Extinktionskoeffizienten. Dieser ist Vorraussetzung für eine zufriedenstellende Korrektur der atmosphärischen Extinktion. Vier unterschiedliche Methoden zur Bestimmung dieses Koeffizienten werden auf photometrische Daten des Delta Scuti Sterns EE Cam angewandt, welche mit dem Vienna Twin Automatic Photoelectric Telescopes (APT) zwischen 2006 und 2009 in vier Beobachtungssaisonen gewonnen wurden. Zusätzlich wurde für die reduzierten Daten der ersten drei Saisonen eine Frequenzanalyse durchgeführt.
Eine Beschreibung von pulsierenden Sternen, ihres inneren Aufbaus und der Anregungsmechanismen der Pulsation enthält Kapitel 1. Kapitel 2 liefert eine Beschreibung der Instrumente und Filter, welche verwendet werden, um photometrische Daten zu gewinnen. EE Cam wurde mit dem APT beobachtet, welches hier genauer beschrieben wird. Das Problem instrumentellen Rauschens und etwaige Lösungsvorschläge werden behandelt. Die einzelnen Schritte der Datenreduktion, welche auf alle photometrischen Daten angewandt werden muss, werden in Kapitel 3 beschrieben. Eine kurze Einführung in die Diskrete Fourier-Transformation und die Bestimmung der Frequenz, Phase und Amplitude liefert Kapitel 4. Zwei Computerprogramme zur Durchführung der Frequenzanalyse werden vorgestellt. Kapitel 5 enthält die Beobachtungsdetails, wie Sternparameter, Länge der Datensätze, Lichtkurven von EE Cam, usw. Hier werden auch die Resultate präsentiert und diskutiert.
Abstract
(Englisch)
The evolution and structure of pulsating stars is an interesting and fundamental field in astronomy. In order to get information on these properties it is crucial to study the inner part of a star, which is achievable by asteroseismology. Photometric data and theoretical model fitting to these data provide information on the change in brightness of a variable star and the opportunity to retrieve stellar parameters and describe physical processes by determining the frequencies. Frequency, amplitude and phase describe the sound waves, which can be used to gain information on the stellar interior. Observational data have to be corrected for several instrumental and atmospheric effects, and various sources of noise have to be taken into account to achieve a sufficient accuracy.
This thesis concentrates on the observational point of view. Instrumentation, data reduction and frequency analysis are explained, and common reduction algorithms are discussed. The major part of this work deals with the determination of the best extinction coefficients, in order to have the best correction for atmospheric extinction, which is caused by effects of absorption and scattering in the atmosphere. Four different methods to determine this coefficient are described and were tested using photometric data of the Delta Scuti star EE Cam obtained during four (2006-2009) observing campaigns on one of the Vienna Twin Automatic Photoelectric Telescopes (APT), located in Arizona. Additionally, a frequency analysis of the data obtained in the first three observing campaigns was performed and the results are presented here.
An introduction to pulsating stars is provided in Chapter 1. Here, different types of pulsating variables, pulsation mechanisms and the inner structure are discussed. Chapter 2 deals with the instruments and filter systems used to obtain photometric data. The problem of instrumental noise is discussed and possible solutions are presented. As the APT was used to observe EE Cam, its properties are described in detail. A detailed description of the standard reduction steps is given in Chapter 3. The determination of frequencies, amplitudes and phases by using the Discrete Fourier Transform is finally discussed in Chapter 4. Two different software packages for frequency analysis are introduced. Information on the observations and the applied techniques is provided in Chapter 5, followed by a presentation and discussion of the results.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Pulsating stars Delta Scuti stars photometer APT Data reduction Frequency analysis Extinction correction
Schlagwörter
(Deutsch)
Pulsierende Sterne Delta Scuti Sterne Photometer APT Datenreduktion Frequenzanalyse Extinktionskorrektur
Autor*innen
Daniela Klotz
Haupttitel (Englisch)
Optimizing extinction corrections in time series photometry
Paralleltitel (Deutsch)
Optimierung der Extinktionskorrektur in Zeitreihen-Photometrie
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
96 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Michel Breger
AC Nummer
AC07689271
Utheses ID
4900
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |