Universität zu Köln

Kayan, Hakan (2018). The infrared interferometric capabilities of the Large Binocular Telescope with respect to the Galactic Center. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The Galactic Centre is nowadays, after its discovery in 1932 by Karl Jansky, still a major focus of current research in astrophysics. It still has a lot of secrets that are to be discovered and provides the unique opportunity to scrutinise new hypothesis. The crucial part for investigating the Galactic Centre and verifying or rejecting new theories is of course observing and measuring objects in the Galactic Centre. Primarily these measurements deal with position determination of celestial objects or determination of structures. The position determination is of great importance for proper motion measurements. Here, the position of a celestial object is measured through different epochs. These observations are not trivial and hold a lot of diffculties. One of the greatest inconveniences are disturbances in Earth’s atmosphere which must passed by signals from far away in order to reach ground based observatories. A solution is to place the observatories in space, but due to maintaining expenditure and cost for bringing the observatories into space, this solution is less practical, although of course space observatories are used for some applicatons. In order to build telescopes with bigger diameters and with a higher resolution, the only practical way is to work with ground based telescopes. In order to overcome the limitation of observing through Earth’s atmosphere, adaptive optics are used. Adaptive optics contain a deformable mirror. The surface of this mirror can be adjusted by servos such that it corrects incoming, disturbed wavefront. To do so a guiding source is required, so that the system has a reference for the correct, undisturbed wavefront. In this thesis the propagation through Earth’s atmosphere is simulated with the layer oriented simulation tools (LOST). The performed simulations contain atmospherical models and produce as result point spread functions (PSF). These PSFs contain the performed corrections of the adaptive optics and show the effects of both the corrected atmospherical and instrumental effects when imaging via ground based telescopes. The simulated telescope is the large binocular telescope (LBT) which is positioned on Mount Graham. Different constellations were simulated with different guiding stars. The obtained PSFs were convolved with different input images of the Galactic Centre which contained science cases in order to get the output image one would obtain when observing the Galactic Centre with the LBT. Finally this output image was de-convolved with PSF in order to get again the input image. This re-convolved input image was further investigated to understand how effciently the science cases can be reconstructed. A measure for the quality of the re-convolution is the error with which the science cases could be located in the re-convolved input image.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Das galaktische Zentrum ist seit seiner Entdeckung in 1932 durch Karl Jansky, immer noch ein Hauptforschungsobjekt in der Astrophysik. Es birgt immer noch ungelöste Geheimnisse und gibt die einzigartige Möglichkeit zur Prüfung neuer Hypothesen. Der entscheidende Teil der Untersuchung des galaktischen Zentrums und die damit verbundene Verifizierung beziehungsweise Ablehnung von Theorien ist selbstverständlich die Beobachtung und Messung von Objekten im galaktischen Zentrum. Vorrangig beinhalten diese Messungen Positionsbestimmungen und Analysen von Strukturen. Die Positionsbestimmung ist von größter Bedeutung für die Untersuchung von Eigenbewegungen. Hierbei wird die Position eines himmlischen Objekte über verschiedene Epochen gemessen. Diese Beobachtungen sind nicht trivial und bergen einige Schwierigkeiten. Eine der größten Schwierigkeiten stellen atmosphärische Störung dar, die ein weit entferntes Signal passieren muss um Observatorien auf der Erde erreichen zu können. Eine mögliche Lösung ist es diese Observatorien imWeltall zu platzieren, aber aufgrund vonWartungsaufwand und Kosten ist diese Lösung weniger praktikabel, wobei solche Lösungen natürlich bereits existieren. Um größere Durchmesser und damit einhergehend eine höhere Auflösung zu erreichen, ist die einzig praktikable Lösung mit Erdteleskopen zu arbeiten. Um die Einschränkungen der Beobachtung durch die Erdatmosphäre zu überwinden, werden adaptive Optiken eingesetzt. Adaptive Optiken beinhalten einen verformbaren Spiegel. Die Oberfläche dieses Spiegels kann mit Servomotoren an die ankommende und verformte Wellenfront angepasst werden. Um dies zu tun, wird eine Leitquelle, damit das System eine Referenz für eine korrekte, ungestörte Wellenfront hat, benötigt In dieser Arbeit wird die Propagation durch die Erdatmosphäre mit dem Softwarepaket LOST (layer oriented simulation tools) simuliert. Die Simulationen beinhalten atmosphärische Modelle und produzieren als Ausgabe PSFs (point spread functions). Diese PSFs beinhalten die Korrekturen der adaptiven Optik und zeigen sowohl den E�ekt der korrigierten Atmosphäre als auch den der Instrumente, wenn durch die Atmosphäre beobachtet wird. Das simulierte Teleskop ist das LBT (large binocular telescope), das auf Mount Graham positioniert ist. Verschiedene Konstellationen mit unterschiedlichen Leitsternen wurden simuliert. Die erzeugten PSFs wurden mit verschiedenen Eingangsbildern des galaktischen Zentrum, welches wissenschaftlicher Fälle beinhaltete, gefaltet, um das Ausgangsbild zu erzeugen, welches man bei der Beobachtung mit dem LBT sehen würde. Dieses Ausgangsbild wiederum wurde mit der PSF entfaltet, um das ursprüngliche Eingangsbild zu erhalten. Dieses entfaltete Eingangsbild wurde weiter untersucht, um dann zu verstehen wie wirksam die wissenschaftlichen Fälle rekonstruiert werden können. Ein Maß für die Qualität der Entfaltung ist der Fehler, mit dem die wissenschaftlichen Fälle im entfalteten Eingangsbild lokalisiert werden können. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Kayan, Hakan hakan@kayan.us UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-84578
Date:	25 July 2018
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute of Physics I
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Large Binocular Telescope English Iterferometrie English Galactic Center English
Date of oral exam:	23 July 2018
Referee:	Name Academic Title Eckart, Andreas Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/8457