@phdthesis{Weber2004,
  author    = {Weber, Michael H.},
  title     = {Robotic telescopes \& Doppler imaging : measuring differential rotation on long-period active stars},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001834},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2004},
  abstract  = {Auf der Sonne sind viele Ph{\"a}nomene zu sehen die mit der solaren magnetischen Aktivit{\"a}t zusammenh{\"a}ngen. Das daf{\"u}r zust{\"a}ndige Magnetfeld wird durch einen Dynamo erzeugt, der sich vermutlich am Boden der Konvektionszone in der sogenannten Tachocline befindet. Angetrieben wird der Dynamo teils von der differenziellen Rotation, teils von den magnetischen Turbulenzen in der Konvektionszone. Die differentielle Rotation kann an der Sonnenoberfl{\"a}che durch beobachten der Sonnenfleckbewegungen gemessen werden.Um einen gr{\"o}ßeren Parameterraum zum Testen von Dynamotheorien zu erhalten, kann man diese Messungen auch auf andere Sterne ausdehnen. Das prim{\"a}re Problem dabei ist, dass die Oberfl{\"a}chen von Sternen nicht direkt beobachtet werden k{\"o}nnen. Indirekt kann man dies jedoch mit Hilfe der Doppler-imaging Methode erreichen, die die Doppler-Verbreitung der Spektrallinien von schnell rotierenden Sternen ben{\"u}tzt. Um jedoch ein Bild der Sternoberfl{\"a}che zu erhalten, bedarf es vieler hochaufgel{\"o}ster spektroskopischer Beobachtungen, die gleichm{\"a}ßig {\"u}ber eine Sternrotation verteilt sein m{\"u}ssen. F{\"u}r Sterne mit langen Rotationsperioden sind diese Beobachtungen nur schwierig durchzuf{\"u}hren. Das neue robotische Observatorium STELLA adressiert dieses Problem und bietet eine auf Dopplerimaging abgestimmte Ablaufplanung der Beobachtungen an. Dies wird solche Beobachtungen nicht nur leichter durchf{\"u}hrbar machen, sondern auch effektiver gestalten.Als Vorschau welche Ergebnisse mit STELLA erwartet werden k{\"o}nnen dient eine Studie an sieben Sternen die allesamt eine lange (zwischen sieben und 25 Tagen) Rotationsperiode haben. Alle Sterne zeigen differentielle Rotation, allerdings sind die Messfehler aufgrund der nicht zufriedenstellenden Datenqualit{\"a}t von gleicher Gr{\"o}ßenordnung wie die Ergebnisse, ein Problem das bei STELLA nicht auftreten wird. Um die Konsistenz der Ergebnisse zu pr{\"u}fen wurde wenn m{\"o}glich sowohl eine Kreuzkorrelationsanalyse als auch die sheared-image Methode angewandt. Vier von diesen sieben Sternen weisen eine differentielle Rotation in umgekehrter Richtung auf als auf der Sonne zu sehen ist. Die restlichen drei Sterne weisen schwache, aber in der Richtung sonnen{\"a}hnliche differentielle Rotation auf.Abschließend werden diese neuen Messungen mit bereits publizierten Werten kombiniert, und die so erhaltenen Daten auf Korrelationen zwischen differentieller Rotation, Rotationsperiode, Evolutionsstaus, Spektraltyp und Vorhandensein eines Doppelsterns {\"u}berpr{\"u}ft. Alle Sterne zusammen zeigen eine signifikante Korrelation zwischen dem Betrag der differenziellen Rotation und der Rotationsperiode. Unterscheidet man zwischen den Richtungen der differentiellen Rotation, so bleibt nur eine Korrelation der Sterne mit antisolarem Verhalten. Dar{\"u}berhinaus zeigt sich auch, dass Doppelsterne schw{\"a}cher differentiell rotieren.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kuenstler2015,
  author    = {K{\"u}nstler, Andreas},
  title     = {Spot evolution on the red giant star XX Triangulum},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-84008},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2015},
  abstract  = {Spots on stellar surfaces are thought to be stellar analogues of sunspots. Thus, starspots are direct manifestations of strong magnetic fields. Their decay rate is directly related to the magnetic diffusivity, which itself is a key quantity for the deduction of an activity cycle length. So far, no single starspot decay has been observed, and thus no stellar activity cycle was inferred from its corresponding turbulent diffusivity. We investigate the evolution of starspots on the rapidly-rotating K0 giant XX Triangulum. Continuous high-resolution and phase-resolved spectroscopy was obtained with the robotic 1.2-m STELLA telescope on Tenerife over a timespan of six years. With our line-profile inversion code iMap we reconstruct a total of 36 consecutive Doppler maps. To quantify starspot area decay and growth, we match the observed images with simplified spot models based on a Monte-Carlo approach. It is shown that the surface of XX Tri is covered with large high-latitude and even polar spots and with occasional small equatorial spots. Just over the course of six years, we see a systematically changing spot distribution with various time scales and morphology such as spot fragmentation and spot merging as well as spot decay and formation. For the first time, a starspot decay rate on another star than the Sun is determined. From our spot-decay analysis we determine an average linear decay rate of D = -0.067±0.006 Gm^2/day. From this decay rate, we infer a turbulent diffusivity of η_τ = (6.3±0.5) x 10^14 cm^2/s and consequently predict an activity cycle of 26±6 years. The obtained cycle length matches very well with photometric observations. Our time-series of Doppler maps further enables to investigate the differential rotation of XX Tri. We therefore applied a cross-correlation analysis. We detect a weak solar-like differential rotation with a surface shear of α = 0.016±0.003. This value agrees with similar studies of other RS CVn stars. Furthermore, we found evidence for active longitudes and flip-flops. Whereas the more active longitude is located in phase towards the (unseen) companion star, the weaker active longitude is located at the opposite stellar hemisphere. From their periodic appearance, we infer a flip-flop cycle of ~2 years. Both activity phenomena are common on late-type binary stars. Last but not least we redetermine several astrophysical properties of XX Tri and its binary system, as large datasets of photometric and spectroscopic observations are available since its last determination in 1999. Additionally, we compare the rotational spot-modulation from photometric and spectroscopic studies.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kopf2008,
  author    = {Kopf, Markus},
  title     = {Zeeman-Doppler Imaging of active late-type stars},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-37387},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2008},
  abstract  = {Stellare Magnetfelder spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Entwicklung von Sternen. Leider entziehen sie sich aber, aufgrund ihrer großen Entfernung zur Erde, einer direkten Beobachtung. Dies gilt zumindest f{\"u}r derzeitige und in naher Zukunft zur Verf{\"u}gung stehende Instrumente. Um aber beispielsweise zu verstehen, ob Magnetfelder durch einen Dynamoprozess generiert werden oder {\"U}berbleibsel der Sternentstehung sind, ist es zwingend erforderlich, die Oberfl{\"a}chenstruktur und die zeitliche Entwicklung von stellaren Feldern zu untersuchen. Gl{\"u}cklicherweise haben wir mit der Dopplerverschiebung sowie der Polarisation von Licht Mittel zur Verf{\"u}gung, um indirekt die Magnetfeldtopologie entfernter Sternen zu rekonstruieren, wenn auch nur die schnell rotierender. Die auf den beiden genannten Effekten basierende Rekonstruktionsmethode ist unter dem Namen Zeeman-Doppler Imaging (ZDI) bekannt. Sie stellt eine leistungsf{\"a}hige Methode dar, um aus rotationsverbreiterten Stokes Profilen schnell rotierender Sterne Oberfl{\"a}chenkartierungen der Temperatur und Magnetfeldverteilung zu erstellen. Durch das ZDI konnten in den vergangenen Jahren die Magnetfeldverteilungen zahlreicher Sterne rekonstruiert werden. Diese Methode stellt allerdings sehr hohe Anforderungen sowohl an die Instrumentierung als auch an die Rechenleistung und ist deshalb h{\"a}ufig mit zahlreichen Annahmen und N{\"a}herungen verbunden. Ziel dieser Arbeit war es, Methoden f{\"u}r ein ZDI zu entwickeln, das darauf ausgelegt ist, zeitaufgel{\"o}ste spektropolarimetrische Daten von aktiven sp{\"a}ten Sternen zu invertieren. Es sollte also insbesondere den komplexen und lokalen Magnetfeldstrukturen dieser Sterne Rechnung getragen werden. Um die Orientierung und St{\"a}rke solcher Felder zuverl{\"a}ssig rekonstruieren zu k{\"o}nnen, sollte die Inversion im Stande sein, alle vier Stokes-Komponenten einzubeziehen. Ferner war vorgesehen auf vollst{\"a}ndigen polarisierten Strahlungstransportmodellierungen aufzubauen. Dies erm{\"o}glicht eine simultane und selbstkonsistente Temperatur- und Magnetfeld-Inversion, die damit dem komplexen Zusammenspiel zwischen Temperatur und Magnetfeld gerecht wird. Schließlich sollte die Anwendung eines neu zu entwickelnden ZDI Programms auf Stokes I und V Beobachtungen von II Pegasi (kurz: II Peg) erste Magnefeldkarten dieses sehr aktiven Sterns liefern. Um den hohen Rechenaufwand, der mit der Inversionsmethode einhergeht, besser bew{\"a}ltigen zu k{\"o}nnen, wurde zun{\"a}chst eine schnelle Approximationsmethode f{\"u}r den polarisierten Strahlungstransport entwickelt. Sie basiert auf einer Hauptkomponentenanalyse (PCA) sowie auf k{\"u}nstlichen Neuronalen Netzen. Letztere approximieren den funktionalen Zusammenhang zwischen atmosph{\"a}rischen Parametern und den zugeh{\"o}rigen lokalen Stokes Profilen. Inverse Probleme sind potentiell schlecht gestellt und erfordern in der Regel eine Regularisierung. Der entwickelte Ansatz verwendet eine lokale Entropie, die auf die Besonderheiten bei der Rekonstruktion lokalisierter Magnetfeder eingeht. Ein weiterer neuartiger Ansatz befasst sich mit der Rauschreduktion polarimetrischer Beobachtungsdaten. Er macht sich die Hauptkomponentenanalyse zu Nutze, um mit Hilfe einer Vielzahl beobachteter Spektrallinien, einzelne Linien mit drastisch vergr{\"o}ßertem Signal-zu-Rausch-Verh{\"a}ltnis wieder zu geben. Diese Methode hat gegen{\"u}ber anderen Multi-Spektrallinien-Verfahren den Vorteil, nach wie vor eine Inversion auf der Basis einzelner Spektrallinien durchf{\"u}hren zu k{\"o}nnen. Schließlich wurde das Inversionsprogramm iMap entwickelt, das die zuvor genannten Methoden implementiert. Detaillierte Testrechnungen demonstrieren die Funktionsf{\"a}higkeit und Genauigkeit der schnellen Synthese-Methode und weisen einen Zeitgewinn von nahezu drei Gr{\"o}ßenordnungen gegen{\"u}ber der konventionellen Strahlungstransportberechnung auf. Desweiteren untersuchen wir den Einfluss der verschiedenen Stokes Komponenten (IV bzw. IVQU) auf die Zuverl{\"a}ssigkeit, ein bekanntes Magnetfeld zu rekonstruieren. Damit belegen wir die Zuverl{\"a}ssigkeit unseres Inversionsprogrammes und zeigen dar{\"u}ber hinaus auch Einschr{\"a}nkungen von Magnetfeldinversionen im allgemeinen auf. Eine erste Inversion von Stokes I und V Profilen von II Peg liefert zum ersten Mal f{\"u}r diesen Stern simultan Temperatur- und Magnetfeldverteilungen.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Fritzewski2021,
  author    = {Fritzewski, Dario Jasper},
  title     = {From fast to slow rotation in the open clusters NGC 2516 and NGC 3532},
  doi       = {10.25932/publishup-53135},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-531356},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {viii, 137},
  year      = {2021},
  abstract  = {Angular momentum is a particularly sensitive probe into stellar evolution because it changes significantly over the main sequence life of a star. In this thesis, I focus on young main sequence stars of which some feature a rapid evolution in their rotation rates. This transition from fast to slow rotation is inadequately explored observationally and this work aims to provide insights into the properties and time scales but also investigates stellar rotation in young open clusters in general. I focus on the two open clusters NGC 2516 and NGC 3532 which are ~150 Myr (zero-age main sequence age) and ~300 Myr old, respectively. From 42 d-long time series photometry obtained at the Cerro Tololo Inter-American Observatory, I determine stellar rotation periods in both clusters. With accompanying low resolution spectroscopy, I measure radial velocities and chromospheric emission for NGC 3532, the former to establish a clean membership and the latter to probe the rotation-activity connection. The rotation period distribution derived for NGC 2516 is identical to that of four other coeval open clusters, including the Pleiades, which shows the universality of stellar rotation at the zero-age main sequence. Among the similarities (with the Pleiades) the "extended slow rotator sequence" is a new, universal, yet sparse, feature in the colour-period diagrams of open clusters. From a membership study, I find NGC 3532 to be one of the richest nearby open clusters with 660 confirmed radial velocity members and to be slightly sub-solar in metallicity. The stellar rotation periods for NGC 3532 are the first published for a 300 Myr-old open cluster, a key age to understand the transition from fast to slow rotation. The fast rotators at this age have significantly evolved beyond what is observed in NGC 2516 which allows to estimate the spin-down timescale and to explore the issues that angular momentum models have in describing this transition. The transitional sequence is also clearly identified in a colour-activity diagram of stars in NGC 3532. The synergies of the chromospheric activity and the rotation periods allow to understand the colour-activity-rotation connection for NGC 3532 in unprecedented detail and to estimate additional rotation periods for members of NGC 3532, including stars on the "extended slow rotator sequence". In conclusion, this thesis probes the transition from fast to slow rotation but has also more general implications for the angular momentum evolution of young open clusters.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Mallonn2014,
  author    = {Mallonn, Matthias},
  title     = {Ground-based transmission spectroscopy of three inflated Hot Jupiter exoplanets},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-74403},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {ix, 115},
  year      = {2014},
  abstract  = {The characterization of exoplanets is a young and rapidly expanding field in astronomy. It includes a method called transmission spectroscopy that searches for planetary spectral fingerprints in the light received from the host star during the event of a transit. This techniques allows for conclusions on the atmospheric composition at the terminator region, the boundary between the day and night side of the planet. Observationally a big challenge, first attempts in the community have been successful in the detection of several absorption features in the optical wavelength range. These are for example a Rayleighscattering slope and absorption by sodium and potassium. However, other objects show a featureless spectrum indicative for a cloud or haze layer of condensates masking the probable atmospheric layers. In this work, we performed transmission spectroscopy by spectrophotometry of three Hot Jupiter exoplanets. When we began the work on this thesis, optical transmission spectra have been available for two exoplanets. Our main goal was to advance the current sample of probed objects to learn by comparative exoplanetology whether certain absorption features are common. We selected the targets HAT-P-12b, HAT-P-19b and HAT-P-32b, for which the detection of atmospheric signatures is feasible with current ground-based instrumentation. In addition, we monitored the host stars of all three objects photometrically to correct for influences of stellar activity if necessary. The obtained measurements of the three objects all favor featureless spectra. A variety of atmospheric compositions can explain the lack of a wavelength dependent absorption. But the broad trend of featureless spectra in planets of a wide range of temperatures, found in this work and in similar studies recently published in the literature, favors an explanation based on the presence of condensates even at very low concentrations in the atmospheres of these close-in gas giants. This result points towards the general conclusion that the capability of transmission spectroscopy to determine the atmospheric composition is limited, at least for measurements at low spectral resolution. In addition, we refined the transit parameters and ephemerides of HAT-P-12b and HATP- 19b. Our monitoring campaigns allowed for the detection of the stellar rotation period of HAT-P-19 and a refined age estimate. For HAT-P-12 and HAT-P-32, we derived upper limits on their potential variability. The calculated upper limits of systematic effects of starspots on the derived transmission spectra were found to be negligible for all three targets. Finally, we discussed the observational challenges in the characterization of exoplanet atmospheres, the importance of correlated noise in the measurements and formulated suggestions on how to improve on the robustness of results in future work.},
  language  = {en}
}