TY  - THES
A1  - Ehrig, Sebastian
T1  - 3D curvature and its role on tissue organization
N2  - Shape change is a fundamental process occurring in biological tissues during embryonic development and regeneration of tissues and organs. This process is regulated by cells that are constrained within a complex environment of biochemical and physical cues. The spatial constraint due to geometry has a determining role on tissue mechanics and the spatial distribution of force patterns that, in turn, influences the organization of the tissue structure. An understanding of the underlying principles of tissue organization may have wide consequences for the understanding of healing processes and the development of organs and, as such, is of fundamental interest for the tissue engineering community.
This thesis aims to further our understanding of how the collective behaviour of cells is influenced by the 3D geometry of the environment. Previous research studying the role of geometry on tissue growth has mainly focused either on flat surfaces or on substrates where at least one of the principal curvatures is zero. In the present work, tissue growth from MC3T3-E1 pre-osteoblasts was investigated on surfaces of controlled mean curvature. 
One key aspect of this thesis was the development of substrates of controlled mean curvature and their visualization in 3D. It was demonstrated that substrates of controlled mean curvature suitable for cell culture can be fabricated using liquid polymers and surface tension effects.
Using these substrates, it was shown that the mean surface curvature has a strong impact on the rate of tissue growth and on the organization of the tissue structure. It was thereby not only demonstrated that the amount of tissue produced (i.e. growth rates) by the cells depends on the mean curvature of the substrate but also that the tissue surface behaves like a viscous fluid with an equilibrium shape governed by the Laplace-Young-law. It was observed that more tissue was formed on highly concave surfaces compared to flat or convex surfaces.
Motivated by these observations, an analytical model was developed, where the rate of tissue growth is a function of the mean curvature, which could successfully describe the growth kinetics. This model was also able to reproduce the growth kinetics of previous experiments where tissues have been cultured in straight-sided prismatic pores.
A second part of this thesis focuses on the tissue structure, which influences the mechanical properties of the mature bone tissue. Since the extracellular matrix is produced by the cells, the cell orientation has a strong impact on the direction of the tissue fibres. In addition, it was recently shown that some cell types exhibit collective alignment similar to liquid crystals. 
Based on this observation, a computational model of self-propelled active particles was developed to explore in an abstract manner how the collective behaviour of cells is influenced by 3D curvature. It was demonstrated that the 3D curvature has a strong impact on the self-organization of active particles and gives, therefore, first insights into the principles of self-organization of cells on curved surfaces.
N2  - Formänderung ist ein fundamentaler Vorgang während der embryonalen Entwicklung und der Regeneration von Geweben und Organen. Dieser Prozess wird von Zellen reguliert die in einer komplexen Umgebung von biochemischen und physikalischen Signalen eingebettet sind. Die räumliche Begrenzung der Zellen führt dabei zu Unterschieden in der Gewebemechanik und der räumlichen Verteilung von Kräften und hat damit einen Einfluss auf die Organisation der Gewebestruktur. Ein Verständnis der Organisationsprozesse von Geweben hat weitreichende Konsequenzen im Hinblick auf das Verständnis von Heilungsprozessen und der Entwicklung von Organen bis hin zu medizinischen Anwendungen wie der Entwicklung von Implantaten.
Die vorliegende Arbeit zielt auf ein besseres Verständnis wie das kollektive Verhalten von Gewebezellen von der dreidimensionalen Krümmung der Umgebung beeinflusst wird. Die bisherige Forschung war bislang limitiert auf flache Oberflächen oder auf Substrate in denen zumindest eine der beiden Hauptkrümmungen Null ist. In dieser Arbeit wurde daher das Gewebewachstum von MC3T3-E1 Pre-Osteoblasten auf Oberflächen mit konstanter mittlerer Krümmung studiert.
Ein wichtiger Teil der Arbeit war die Entwicklung von Substraten mit kontrollierter mittlerer Krümmung und deren Visualisierung in 3D. Es wurde gezeigt, dass sich die Oberflächen- spannung von Polymerlösungen nutzen lässt um eben solche Substrate zu erzeugen. 
Mit Hilfe dieser Substrate wurde gezeigt, dass die mittlere Krümmung der Oberfläche einen entscheidenden Einfluss auf die Wachstumsrate und die Organisation der Gewebestruktur hat. Es konnte nicht nur gezeigt werden dass die Menge an gebildetem Gewebe von der mittleren Krümmung abhängig ist, sondern auch dass die Oberfläche des Gewebes sich dabei wie eine Flüssigkeit verhält und dem Laplace-Young Gesetz folgt. Es wurde beobachtet dass sich mehr Gewebe auf konkaven als auf flachen oder konvexen Oberflächen gebildet hat.
Basierend auf diesen Beobachtungen wurde ein analytisches Modell entwickelt, welches die Wachstumsrate als Funktion der mittleren Krümmung beschreibt und mit Hilfe dessen sich das Gewebewachstum erfolgreich beschreiben lässt. Dieses Modell kann auch die Ergebnisse früherer Arbeiten reproduzieren, in denen Gewebe in prismatischen Poren kultiviert wurden.
Ein weiterer Teil der Arbeit befasste sich mit der Struktur des Gewebes, welche einen Einfluss auf die späteren mechanischen Eigenschaften des maturierten Knochengewebes hat. Da die extrazelluläre Matrix des Gewebes von den Zellen gebildet wird, hat die Orientierung der Zellen einen entscheidenden Einfluss auf die Ausrichtung der Gewebefasern. Außerdem wurde vor kurzem gezeigt, dass sich manche Zellen wie Flüssigkristalle anordnen können. 
Basierend auf dieser Beobachtung wurde ein Computermodell aktiver Partikel entwickelt, mit dessen Hilfe sich der Einfluss des kollektiven Verhaltens der Zellen auf dreidimensional gekrümmten Oberflächen abstrahieren lässt. Es konnte dabei gezeigt werden, dass die dreidimensionale Krümmung einen entscheidenden Einfluss auf die Selbstorganisation dieser Partikel hat und gibt damit erste Einblicke in ein mögliches Organisationsverhalten von Zellen auf 3D Oberflächen.
KW  - biophysics
KW  - tissue engineering
KW  - mechanobiology
Y1  - 2017
ER  - 
TY  - THES
A1  - Håkansson, Nils
T1  - A Dark Matter line search using 3D-modeling of Cherenkov showers below 10 TeV with VERITAS
T1  - Die Suche nach Dunkler Materie mit VERITAS durch Liniensuche und 3D Modellierung von Cherenkov-Schauern unter 10 TeV
N2  - Dark matter, DM, has not yet been directly observed, but it has a very solid theoretical basis. There are observations that provide indirect evidence, like galactic rotation curves that show that the galaxies are rotating too fast to keep their constituent parts, and galaxy clusters that bends the light coming from behind-lying galaxies more than expected with respect to the mass that can be calculated from what can be visibly seen. These observations, among many others, can be explained with theories that include DM. The missing piece is to detect something that can exclusively be explained by DM. Direct observation in a particle accelerator is one way and indirect detection using telescopes is another. This thesis is focused on the latter method.
The Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System, V ERITAS, is a telescope array that detects Cherenkov radiation. Theory predicts that DM particles annihilate into, e.g., a γγ pair and create a distinctive energy spectrum when detected by such telescopes, e.i., a monoenergetic line at the same energy as the particle mass. This so called ”smoking-gun” signature is sought with a sliding window line search within the sub-range ∼ 0.3 − 10 TeV of the VERITAS energy range, ∼ 0.01 − 30 TeV.
Standard analysis within the VERITAS collaboration uses Hillas analysis and look-up tables, acquired by analysing particle simulations, to calculate the energy of the particle causing the Cherenkov shower. In this thesis, an improved analysis method has been used. Modelling each shower as a 3Dgaussian should increase the energy recreation quality. Five dwarf spheroidal galaxies were chosen as targets with a total of ∼ 224 hours of data. The targets were analysed individually and stacked. Particle simulations were based on two simulation packages, CARE and GrISU.
Improvements have been made to the energy resolution and bias correction, up to a few percent each, in comparison to standard analysis. Nevertheless, no line with a relevant significance has been detected. The most promising line is at an energy of ∼ 422 GeV with an upper limit cross section of 8.10 · 10^−24 cm^3 s^−1 and a significance of ∼ 2.73 σ, before trials correction and ∼ 1.56 σ after. Upper limit cross sections have also been calculated for the γγ annihilation process and four other outcomes. The limits are in line with current limits using other methods, from ∼ 8.56 · 10^−26 − 6.61 · 10^−23 cm^3s^−1. Future larger telescope arrays, like the upcoming Cherenkov Telescope Array, CTA, will provide better results with the help of this analysis method.
N2  - Dunkle Materie, DM, wurde noch nicht direkt beobachtet, aber die Theorie ist sehr solide. Es gibt Beobachtungen, die als indirekte Beweise gelten, z.B. galaktische Rotationskurven, die besagen, dass Galaxien zu schnell rotieren um ohne eine zusätzliche Massenkomponente zusammenhalten zu können, oder elliptische Zwerggalaxien, die massereicher sind als die sichtbare Materie vermuten lässt. Diese Beobachtungen könnten z.B. mit dem Vorhandensein von DM erkärt werden, aber bis jetzt fehlt die Beobachtung eines Phänomens, das ausschließlich durch DM erklärt werden kann. Eine Möglichkeit wäre die Beobachtung einer speziellen Energiesignatur durch Teleskope, welche das Thema der vorliegenden Arbeit ist.
Das Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System, VERITAS, ist ein Teleskoparray für Cherenkov-Strahlung. Entsprechend der Theorie sollten Teilchen dunkler Materie annihilieren und z.B. ein γγ Paar bilden. Dieses sollte im Teleskop eine spezielle Energiesignatur hinterlassen, nämlich eine monoenergetische Linie bei einer Energie, die der Teilchenmasse entspricht. Diese ”smoking-gun” Signatur wird mit einer sliding window Liniensuche bei Energien < 10TeV gesucht.
In der VERITAS Kollaboration werden standardm¨aßig eine Hillas-Analyse und Nachschlagetabellen aus Teilchensimulationen verwendet, um die Energie des Teilchens zu berechnen, das den Cherenkov-Schauer verursacht hat. Hier wird eine verbesserte Analysemethode verwendet. Dabei wird jeder Schauer als 3D-Gaußkurve modelliert, was die Qualität der Energierekonstruktion erheblich verbessern sollte. Dafur wurden funf elliptische Zwerggalaxien beobachtet und einzeln sowie insgesamt analysiert, insgesamt ~ 224 h Beobachtungszeit. Dabei werden zwei verschiedene Teilchensimulationsprogramme verwendet, CARE und GrISU.
In dieser Arbeit wurde die Energieauflösung und die Bias-Korrektur um einige Prozent gegen¨uber der Standardanalyse verbessert. Es wurde jedoch keine  signifikante Linie detektiert. Die vielversprechendste Linie befindet sich bei einer Energie von ~ 422GeV und hat einen Querschnitt von 8.10·10^−24 cm^3 s^−1 und ein Signifikanzlevel von ~ 2.73 σ bzw. 1.56σ vor bzw. nach statistischer Korrektur. Außerdem wurden obere Grenzwerte fur verschiedene Annihilierungsprozesse berechnet. Sie stimmen mit anderen aktuellen Grenzwerten überein (~ 8.56 · 10^−26 − 6.61 · 10^−23 cm^3s^−1). Zukünftig werden mehr Beobachtungsdaten und neue Teleskoparrays, wie das Cherenkov Telescope Array, CTA, mit Hilfe dieser Analysemethode bessere Ergebnisse ermöglichen.
KW  - Dark Matter
KW  - line search
KW  - VERITAS
KW  - 3D-modeling
KW  - Cherenkov showers
KW  - Dunkler Materie
KW  - Line Suche
KW  - VERITAS
KW  - 3D Modellierung
KW  - Cherenkov-Schauern
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-397670
ER  - 
TY  - THES
A1  - Buschhüter, David
T1  - Anforderungsrelevante mathematik- und physikbezogene Leistungsdispositionen von Physikanfängerinnen und  - anfängern
BT  - Zeitlicher Wandel mathematischer und physikalischer Kentnisse und Fähigkeiten (1978/2013) und inkrementelle Validität von Physikbezogenen Leistungsdispositionen für Studienleistungen und Studienabbruch
Y1  - 2017
ER  - 
TY  - THES
A1  - Roland, Steffen
T1  - Charge carrier recombination and open circuit voltage in organic solar cells
T1  - Ladungsträger Rekombination und Leerlaufspannung in organischen Solarzellen
BT  - from bilayer-model systems to hybrid multi-junctions
BT  - von Bilayer Modellsystemen zu hybriden Mehrschichtsolarzellen
N2  - Tremendous progress in the development of thin film solar cell techniques has been made over the last decade. The field of organic solar cells is constantly developing, new material classes like Perowskite solar cells are emerging and different types of hybrid organic/inorganic material combinations are being investigated for their physical properties and their applicability in thin film electronics. Besides typical single-junction architectures for solar cells, multi-junction concepts are also being investigated as they enable the overcoming of theoretical limitations of a single-junction. In multi-junction devices each sub-cell operates in different wavelength regimes and should exhibit optimized band-gap energies. It is exactly this tunability of the band-gap energy that renders organic solar cell materials interesting candidates for multi-junction applications. Nevertheless, only few attempts have been made to combine inorganic and organic solar cells in series connected multi-junction architectures. Even though a great diversity of organic solar cells exists nowadays, their open circuit voltage is usually low compared to the band-gap of the active layer. Hence, organic low band-gap solar cells in particular show low open circuit voltages and the key factors that determine the voltage losses are not yet fully understood. Besides open circuit voltage losses the recombination of charges in organic solar cells is also a prevailing research topic, especially with respect to the influence of trap states.
The exploratory focus of this work is therefore set, on the one hand, on the development of hybrid organic/inorganic multi-junctions and, on the other hand, on gaining a deeper understanding of the open circuit voltage and the recombination processes of organic solar cells.

In the first part of this thesis, the development of a hybrid organic/inorganic triple-junction will be discussed which showed at that time (Jan. 2015) a record power conversion efficiency of 11.7%. The inorganic sub-cells of these devices consist of hydrogenated amorphous silicon and were delivered by the Competence Center Thin-Film and Nanotechnology for Photovoltaics in Berlin. Different recombination contacts and organic sub-cells were tested in conjunction with these inorganic sub-cells on the basis of optical modeling predictions for the optimal layer thicknesses to finally reach record efficiencies for this type of solar cells.
In the second part, organic model systems will be investigated to gain a better understanding of the fundamental loss mechanisms that limit the open circuit voltage of organic solar cells. First, bilayer systems with different orientation of the donor and acceptor molecules were investigated to study the influence of the donor/acceptor orientation on non-radiative voltage loss. Secondly, three different bulk heterojunction solar cells all comprising the same amount of fluorination and the same polymer backbone in the donor component were examined to study the influence of long range electrostatics on the open circuit voltage. Thirdly, the device performance of two bulk heterojunction solar cells was compared which consisted of the same donor polymer but used different fullerene acceptor molecules. By this means, the influence of changing the energetics of the acceptor component on the open circuit voltage was investigated and a full analysis of the charge carrier dynamics was presented to unravel the reasons for the worse performance of the solar cell with the higher open circuit voltage. In the third part, a new recombination model for organic solar cells will be introduced and its applicability shown for a typical low band-gap cell. This model sheds new light on the recombination process in organic solar cells in a broader context as it re-evaluates the recombination pathway of charge carriers in devices which show the presence of trap states. Thereby it addresses a current research topic and helps to resolve alleged discrepancies which can arise from the interpretation of data derived by different measurement techniques.
N2  - In der Photovoltaikforschung spielen neuartige Dünnschichtsolarzellen eine immer größere Rolle. Neben innovativen Design und Anwendungskonzepten sind Material und Kostenreduzierung in der Herstellung die größten Triebfedern für die Entwicklung neuer Technologien. Hier sind neben den vielversprechenden Perowskitsolarzellen insbesondere organische Solarzellen zu nennen, die sich durch ihre chemische Vielseitigkeit, einfache Verarbeitung und stetige Weiterentwicklung in Bezug auf ihre Effizienz auszeichnen. Diese Vielseitigkeit ermöglicht die Herstellung organischer Solarzellen mit unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit, was wiederum Vorteile für den Einsatz in seriengeschaltete Mehrschichtsolarzellen bietet. Diese erlauben es, fundamentale Limitierungen von Einschichtsolarzellsystemen zu überwinden.
Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich daher mit der Entwicklung einer neuartigen hybriden Multischichtsolarzelle, die sowohl aus anorganischen als auch organischen Subzellen besteht und zum Zeitpunkt ihrer Veröffentlichung einen neuen Effizienzrekord für diese Klasse von Solarzellen aufzeigte. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit fundamentalen physikalischen Prozessen in organischen Solarzellen, da viele Funktionsmechanismen noch nicht im Detail geklärt sind. An verschiedenen organischen Modellsolarzellsystemen wurde daher unter anderem der Einfluss molekularer Orientierung von Donor- und Akzeptorkomponenten der Solarzelle oder der Einfluss von Fluorinierung des Donors auf die Leerlaufspannung der Solarzelle untersucht. Auf diese Weise konnten neue wichtige Erkenntnisse über den Einfluss von verschiedenen Verlustkanälen und der Energetik auf die Leerlaufspannung gewonnen werden. Der letzte Teil der Arbeit widmet sich der Entwicklung eines neuen Modells, welches den Rekombinationsprozess von Ladungen in einer bestimmten organischen Solarzelle beschreibt. Dieses neue Modell wurde anhand umfangreicher Experimente validiert und ermöglicht es, insbesondere den Einfluss freier und in sogenannten Fallenzuständen gefangener Ladungen auf die Rekombination zu trennen. Damit hat dieses Modell eine weitreichende Bedeutung, zum einen für die Beurteilung von typischen Rekombinationsexperimenten in organischen Solarzellen und zum anderen für die Bewertung des Einflusses von Fallenzuständen auf den Rekombinationsstrom.
KW  - organic solar cells
KW  - charge carrier recombination
KW  - open circuit voltage
KW  - hybrid multi-junction solar cell
KW  - organische Solarzellen
KW  - Ladungsträgerrekombination
KW  - Leerlaufspannung
KW  - hybride Mehrschichtsolarzellen
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-397721
ER  - 
TY  - THES
A1  - Leonhardt, Helmar
T1  - Chemotaxis, shape and adhesion dynamics of amoeboid cells studied by impedance fluctuations in open and confined spaces
T1  - Chemotaxis, Formänderung und Adhäsionsdynamik amöboider Zellen gemessen durch Impedanzfluktuation
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit elektrischen Impedanzmessungen von ameoboiden Zellen auf Mikroelektroden. Der Modellorganismus Dictyostelium discoideum zeigt unter der Bedingung des Nahrungsentzugs einen Übergang zum kollektiven Verhalten, bei dem sich chemotaktische Zellen zu einem multizellulären Aggregat zusammenschliessen. Wir zeigen wie Impedanzaufnahmen über die Dynamik der Zell-substrat Adhäsion ein präzises Bild der Phasen der Aggregation liefern. Darüberhinaus zeigen wir zum ersten mal systematische Einzelzellmessungen von Wildtyp-Zellen und vier Mutanten, die sich in der Stärke der Substratadh äsion unterscheiden. Wir zeichneten die projizierte Zellfläche durch Zeitverlaufsmikroskopie auf und fanden eine Korrelation zwischen den quasi-periodischen Oszillationen in der Kinetik der projizierten Fläche - der Zellform-Oszillation - und dem Langzeittrend des Impedanzsignals. Amoeboidale Motilität offenbart sich typischerweise durch einen Zyklus von Membranausstülpung, Substratadhäsion, Vorwärtsziehen des Zellkörpers und Einziehen des hinteren Teils der Zelle. Dieser Motilitätszyklus resultiert in quasi-periodischen Oszillationen der projizierten Zellfläche und der Impedanz. In allen gemessenen Zelllinien wurden für diesen Zyklus ähnliche Periodendauern beobachtet trotz der Unterschiede in der Anhaftungsstärke. Wir beobachteten, dass die Stärke der Zell-substrat Anhaftung die Impedanz stark beeinflusst, indem die Abweichungen vom Mittelwert (die Grösse der Fluktuationen) vergrössert sind bei Zellen, die die vom Zytoskelett generierten Kräfte effektiv auf das Substrat übertragen. Zum Beispiel sind bei talA- Zellen, in welchen das Actin verankernde Protein Talin fehlt, die Fluktuationen stark reduziert. Einzelzellkraft-Spektroskopie und Ergebnisse eines Ablösungsassays, bei dem Adhäsionskraft gemessen wird indem Zellen einer Scherspannung ausgesetzt werden, bestätigen, dass die Grösse der Impedanz-fluktuationen ein korrektes Mass für die Stärke der Substratadhäsion ist. Schliesslich haben wir uns auch mit dem Einbau von Zell-substrat-Impedanz-Sensoren in mikro-fluidische Apparaturen befasst. Ein chip-basierter elektrischer Chemotaxis Assay wurde entwickelt, der die Geschwindigkeit chemotaktischer Zellen misst, welche entlang eines chemischen Konzentrationsgradienten über Mikroelektroden wandern.
N2  - We present electrical impedance measurements of amoeboid cells on microelectrodes. The model organism Dictyostelium discoideum shows under starvation conditions a transition to collective behavior when chemotactic cells collect in multicellular aggregates. We show how impedance recordings give a precise picture of the stages of aggregation by tracing the dynamics of cell-substrate adhesion. Furthermore, we present for the first time systematic single cell measurements of wild type cells and four mutant strains that differ in their substrate adhesion strength. We recorded the projected cell area by time lapse microscopy and found a correlation between quasi-periodic oscillations in the kinetics of the projected area - the cell shape oscillation - and the long-term trend in the impedance signal. Typically, amoeboid motility advances via a cycle of membrane protrusion, substrate adhesion, traction of the cell body and tail retraction. This motility cycle results in the quasi-periodic oscillations of the projected cell area and the impedance. In all cell lines measured, similar periods were observed for this cycle, despite the differences in attachment strength. We observed that cell-substrate attachment strength strongly affects the impedance in that the deviations from mean (the magnitude of fluctuations) are enhanced in cells that effectively transmit forces, generated by the cytoskeleton, to the substrate. For example, in talA- cells, which lack the actin anchoring protein talin, the fluctuations are strongly reduced. Single cell force spectroscopy and results from a detachment assay, where adhesion is measured by exposing cells to shear stress, confirm that the magnitude of impedance fluctuations is a correct measure for the strength of substrate adhesion. Finally, we also worked on the integration of cell-substrate impedance sensors into microfluidic devices. A chip-based electrical chemotaxis assay is designed which measures the speed of chemotactic cells migrating over microelectrodes along a chemical concentration gradient.
KW  - ECIS
KW  - cell-substrate adhesion
KW  - cell movement
KW  - electrical chemotaxis assay
KW  - ECIS
KW  - Zell-substrat Adhäsion
KW  - Zell Bewegung
KW  - elektrischer Chemotaxis Assy
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-405016
ER  - 
TY  - THES
A1  - Shenar, Tomer
T1  - Comprehensive analyses of massive binaries and implications on stellar evolution
T1  - Umfassende Analysen massereicher Doppelsterne und Implikationen für die Sternentwicklung
N2  - Via their powerful radiation, stellar winds, and supernova explosions, massive stars (Mini & 8 M☉) bear a tremendous impact on galactic evolution. It became clear in recent decades that the majority of massive stars reside in binary systems. This thesis sets as a goal to quantify the impact of binarity (i.e., the presence of a companion star) on massive stars. For this purpose, massive binary systems in the Local Group, including OB-type binaries, high mass X-ray binaries (HMXBs), and Wolf-Rayet (WR) binaries, were investigated by means of spectral, orbital, and evolutionary analyses.

The spectral analyses were performed with the non-local thermodynamic equillibrium (non-LTE) Potsdam Wolf-Rayet (PoWR) model atmosphere code. Thanks to critical updates in the calculation of the hydrostatic layers, the code became a state-of-the-art tool applicable for all types of hot massive stars (Chapter 2). The eclipsing OB-type triple system δ Ori served as an intriguing test-case for the new version of the PoWR code, and provided key insights regarding the formation of X-rays in massive stars (Chapter 3). We further analyzed two prototypical HMXBs, Vela X-1 and IGR J17544-2619, and obtained fundamental conclusions regarding the dichotomy of two basic classes of HMXBs (Chapter 4). We performed an exhaustive analysis of the binary R 145 in the Large Magellanic Cloud (LMC), which was claimed to host the most massive stars known. We were able to disentangle the spectrum of the system, and performed an orbital, polarimetric, and spectral analysis, as well as an analysis of the wind-wind collision region. The true masses of the binary components turned out to be significantly lower than suggested, impacting our understanding of the initial mass function and stellar evolution at low metallicity (Chapter 5). Finally, all known WR binaries in the Small Magellanic Cloud (SMC) were analyzed. Although it was theoretical predicted that virtually all WR stars in the SMC should be formed via mass-transfer in binaries, we find that binarity was not important for the formation of the known WR stars in the SMC, implying a strong discrepancy between theory and observations (Chapter 6).
N2  - Durch ihre intensive Strahlung, Sternwinde und Supernovaexplosionen tragen massereiche Sterne (Minitial & 8 M☉) erheblich zur Entwicklung von Galaxien bei. In den letzten Jahren wurde es immer klarer, dass sich die Mehrheit der massereichen Sterne in Doppelsternsystemen befindet. Die vorliegende Doktorarbeit hat das Ziel, den Einfluss dieser Tatsache auf die Entwicklung massereicher Sterne quantitativ zu untersuchen. Um dies zu erreichen, haben wir eine Analyse der Umläufe, Spektren und Entwicklung verschiedener Doppelsternsysteme in der lokalen Gruppe durchgeführt, die OB-Sterne, massereicher Röntgendoppelsterne (HMXBs) und Wolf-Rayet-(WR)-Doppelsterne einschließt.

Die Spektralanalyse wurde mithilfe des Potsdam-Wolf-Rayet-(PoWR)-Modellatmosphären-Programms für Strahlungstransport in Abwesenheit von lokalem thermodynamischen Gleichgewicht (non-LTE) durchgeführt. Das PoWR-Programm wurde im Laufe der Arbeit aktualisiert, sodass die Berechnung der hydrostatischen Schichten des Sternes nun wesentlich genauer erfolgt, was die Verwendung dieses Programms für alle Typen heißer massereicher Sterne erlaubte (Kapitel 2). Das bedeckungsveränderliche Dreifachsternsystem δ Ori diente als Test für diese neue Version von PoWR, und lieferte wesentliche Informationen bezüglich der Entstehung von Röntgenstrahlung in massereichen Sternen (Kapitel 3). Die Analyse zweier prototypischer massereicher Röntgendoppelsterne, Vela X-1 und IGR J17544-2619, machte den Ursprung der Dichotomie der zwei Hauptklassen der Röntgendoppelsterne deutlich (Kapitel 4). Eine umfassende Analyse des Doppelsterns R145 in der Großen Magellanschen Wolke (LMC), der angeblich aus den massereichsten uns bekannten Sternen besteht, wurde durchgeführt. Mithilfe einer Dekomposition des Spektrums, einer Orbital- und Spektralanalyse, sowie einer Analyse der Kollision von Sternwinden in diesem System konnten wir zeigen, dass die Massen der Komponenten wesentlich kleiner sind als bisher angenommen. Dies ist ein wichtiger Beitrag zu unserem Verständnis der Anfangsmassenfunktion und der Entwicklung massereicher Sterne in Umgebungen geringer Metalizität (Kapitel 5). Schließlich wurde die Gesamtpopulation der WR-Doppelsterne in der Kleinen Magellanschen Wolke (SMC) analysiert. Im Widerspruch zur theoretischen Vorhersage, alle WR-Doppelsterne in der SMC seien dank Massentransfer in Doppelsternsystemen entstanden, finden wir, dass Massentransfer unerheblich für die Entstehung der uns bekannten WR-Sterne in der SMC war (Kapitel 6).
KW  - massive stars
KW  - Wolf-Rayet
KW  - stellar evolution
KW  - stellar winds
KW  - binary stars
KW  - massereiche Sterne
KW  - Wolf-Rayet
KW  - Sternentwicklung
KW  - Sternwinde
KW  - Doppelsterne
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-104857
ER  - 
TY  - THES
A1  - Guidi, Giovanni
T1  - Connecting simulations and observations in galaxy formation studies
T1  - Verknüpfung von Simulationen und Beobachtungen bei der Untersuchung der 
Galaxienenstehung
N2  - Observational and computational extragalactic astrophysics are two fields of research that study a similar subject from different perspectives. Observational extragalactic astrophysics aims, by recovering the spectral energy distribution of galaxies at different wavelengths, to reliably measure their properties at different cosmic times and in a large variety of environments. Analyzing the light collected by the instruments, observers try to disentangle the different processes occurring in galaxies at the scales of galactic physics, as well as the effect of larger scale processes such as mergers and accretion, in order to obtain a consistent picture of galaxy formation and evolution. On the other hand, hydrodynamical simulations of galaxy formation in cosmological context are able to follow the evolution of a galaxy along cosmic time, taking into account both external processes such as mergers, interactions and accretion, and internal mechanisms such as feedback from Supernovae and Active Galactic Nuclei. Due to the great advances in both fields of research, we have nowadays available spectral and photometric information for a large number of galaxies in the Universe at different cosmic times, which has in turn provided important knowledge about the evolution of the Universe; at the same time, we are able to realistically simulate galaxy formation and evolution in large volumes of the Universe, taking into account the most relevant physical processes occurring in galaxies.

As these two approaches are intrinsically different in their methodology and in the information they provide, the connection between simulations and observations is still not fully established, although simulations are often used in galaxies' studies to interpret observations and assess the effect of the different processes acting on galaxies on the observable properties, and simulators usually test the physical recipes implemented in their hydrodynamical codes through the comparison with observations. In this dissertation we aim to better connect the observational and computational approaches in the study of galaxy formation and evolution, using the methods and results of one field to test and validate the methods and results of the other. 

In a first work we study the biases and systematics in the derivation of the galaxy properties in observations. We post-process hydrodynamical cosmological simulations of galaxy formation to calculate the galaxies' Spectral Energy Distributions (SEDs) using different approaches, including radiative transfer techniques. Comparing the direct results of the simulations with the quantities obtained applying observational techniques to these synthetic SEDs, we are able to make an analysis of the biases intrinsic in the observational algorithms, and quantify their accuracy in recovering the galaxies' properties, as well as estimating the uncertainties affecting a comparison between simulations and observations when different approaches to obtain the observables are followed. Our results show that for some quantities such as the stellar ages, metallicities and gas oxygen abundances large differences can appear, depending on the technique applied in the derivation.

In a second work we compare a set of fifteen galaxies similar in mass to the Milky Way and with a quiet merger history in the recent past (hence expected to have properties close to spiral galaxies), simulated in a cosmological context, with data from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). We use techniques to obtain the observables as similar as possible to the ones applied in SDSS, with the aim of making an unbiased comparison between our set of hydrodynamical simulations and SDSS observations. We quantify the differences in the physical properties when these are obtained directly from the simulations without post-processing, or mimicking the SDSS observational techniques. We fit linear relations between the values derived directly from the simulations and following SDSS observational procedures, which in most of the cases have relatively high correlation, that can be easily used to more reliably compare simulations with SDSS data. When mimicking SDSS techniques, these simulated galaxies are photometrically similar to galaxies in the SDSS blue sequence/green valley, but have in general older ages, lower SFRs and metallicities compared to the majority of the spirals in the observational dataset.

In a third work, we post-process hydrodynamical simulations of galaxies with radiative transfer techniques, to generate synthetic data that mimic the properties  of the CALIFA Integral Field Spectroscopy (IFS) survey. We reproduce the main characteristics of the CALIFA observations in terms of field of view and spaxel physical size, data format, point spread functions and detector noise.  This 3-dimensional dataset is suited to be analyzed by the same algorithms applied to the CALIFA dataset, and can be used as a tool to test the ability of the observational algorithms in recovering the properties of the CALIFA galaxies. To this purpose, we also generate the resolved maps of the simulations' properties, calculated directly from the hydrodynamical snapshots, or from the simulated spectra prior to the addition of the noise.

Our work shows that a reliable connection between the models and the data is of crucial importance both to judge the output of galaxy formation codes and to accurately test the observational algorithms used in the analysis of galaxy surveys' data. A correct interpretation of observations will be particularly important in the future, in light of the several ongoing and planned large galaxy surveys that will provide the community with large datasets of properties of galaxies (often spatially-resolved) at different cosmic times, allowing to study galaxy formation physics at a higher level of detail than ever before. We have shown that neglecting the observational biases in the comparison between simulations and an observational dataset may move the simulations to different regions in the planes of the observables, strongly affecting the assessment of the correctness of the sub-resolution physical models implemented in galaxy formation codes, as well as the interpretation of given observational results using simulations.
N2  - Beobachtende und computergestütze extragalaktische Astrophysik sind zwei Forschugnsbereiche welche ein ähnliches Gebiet in unterschiedlichen Perspektiven untersuchen. Beobachtende extragalaktische Astrophysik hat das Ziel verlässlich die Eigenschaften bei verschiedenen kosmischen Zeiten und bei einer großen Vielzahl von Umgebungen, durch das Betrachten der spektralen Energieverteilung der Galaxien, zu vermessen. Auf der anderen Seite sind hydrodynamische Simulationen im kosmologischen Kontext in der Lage die Entstehung und zeitliche Entwicklung einer Galaxie zu verfolgen, in dem unterschiedliche physikalische Prozesse einbezogen werden. Aufgrund der großen Fortschritte beider Forschungsbereiche sind heutzutage große Datenbanken mit Spektren und photometrische Informationen für eine große Menge von Galaxien bei verschiedenen kosmischen Zeiten verfügbar. Zur gleichen Zeit sind wir in der Lage die Entstehung und Entwicklung von Galaxien realistisch zu simulieren, unter Berücksichtigung der wichtigsten physikalischen Prozesse.

Da diese Ansätze grundlegend verschieden sind, ist die Verbindung von Simulationen und Beobachtungen nicht komplett hergestellt, obwohl Simulationen oft zur Interpretation von Beobachtungen genutzt werden und Simulationen durch den Vergleich mit Beobachtungen getestet werden. Das Ziel dieser Dissertation ist die bessere Verknüpfung von Simulationen und Beobachtungen durch die Verwendung der Methoden und Ergebnisse der einen Methode, zur Validierung der anderen und umgekehrt. 

In einer ersten Arbeit untersuchen wir die systematischen Effekte bei der Vermessung der Eigenschaften von Galaxien in Beobachtungen. Indem wir direkt Simulationen mit syntetischen Daten vergleichen, ist es uns möglich die systematischen Effekte der Beobachtungsalgorithmen zu untersuchen und ihre Genauigkeit bei der Untersuchung der Eigenschaften der Galaxien zu bestimmen. Unsere Ergebnisse ziegen, dass für einige Messgrößen große Unterschiede auftreten können.

In einer zweiten Arbeit vergleichen wir 15 simulierte Spiralgalaxien mit ähnlicher Masse wie der Milchstraße mit Daten vom Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Dabei verwenden wir die gleichen Methoden, welche bei SDSS verwendet werden, um möglischest unvoreingenommen zwischen hydrodynamischen Simulationen und SDSS Daten zu vergleichen. Wenn wir die Beobachtungsmethoden von SDSS nachahmen, sind die simulierten Galaxien den SDSS Galaxien der blauen Sequenz in der Photometrie ähnlich, aber haben generell höheres Alter, geringere Sternentstehungsrate und Metalizität.

In einer dritten Arbeit bearbeiten wir hydrodynamische Simulationen von Galaxien mit Strahlungstransportalgorithmen um synthetische Daten des CALIFA Integralfeldspektroskopie Surveys (IFS) zu erzeugen. Wir reproduzieren die Hauptcharakteristika der CALIFA-Beobachtungen in Bezug auf Sichtfeld, Spaxelgröße, Datenformat, Punktspreizfunktion und Detektorrauschen. Dieser dreidimensionale Datensatz is geeignet, um mit den selben Techniken analysiert zu werden, wie die CALIFA-Daten und können als Mittel genutzt werden, um die Genauigkeit der Beobachtungsalgorithmen zu testen. Zu diesem Zweck erzeugen wir räumlich aufgelöste Eigenschaften der Simulationen, welche direkt von den Aufnahmen der hydrodynamischen Simulationen oder synthetischen Spektren ohne Rauschen berechnet werden.

Unsere Arbeit zeigt, dass die verlässliche Verknüpfung von Modellen und Daten von entscheidender Wichtigkeit ist ist, um die Ergebnisse der Galaxieformationssimulationen zu beurteilen und akurat die Beobachtungsalgorithmen zu testen, welche bei der Analyse der Galaxiesurveydaten benutzt werden. Eine korrekte Interpretation der Beobachtungen wird im Hinblick auf die vielen fortlaufenden und geplanten Galaxiesurveys, welche den Wissenschaftern große Datenmengen der Eigenschaften der Galaxien bei unterschiedlichen Zeiten zur Verfügung stellen werden, besonders wichtig in der Zukunft, da dies eine genauere Untersuchung der Physik der Galaxieformationen auf einem Niveau, höher als je zuvor, ermöglichen wird. Außerdem haben wir gezeigt, dass  bei dem Vergleichen zwischen Beobachtungen und Simulationen der Bias der Beobachtungen nicht vernachlässigbar ist und die Beurteilung der Korrekturen der physikalischen Modelle, welche in en Galaxieformationscodes implementiert ist, stark beeinflusst, als auch die Interpretation der gegebenen Ergebnisse der Beobachtungen bei Verwendung von Simulationen.
KW  - galaxy formation
KW  - galaxy evolution
KW  - cosmological simulations
KW  - numerical techniques
KW  - mock observations
KW  - Entstehung von Galaxien
KW  - Entwicklung von Galaxien
KW  - kosmologische Simulationen
KW  - numerische Methoden
KW  - synthetische Beobachtungen
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-396876
ER  - 
TY  - THES
A1  - Leigh Wojno, Jennifer
T1  - Correlations between kinematics, chemistry, and ages of stars in the solar neighbourhood as seen by the RAVE survey
Y1  - 2017
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kretschmer, Marlene
T1  - Disentangling causal pathways of the stratospheric polar vortex
BT  - a machine learning approach
Y1  - 2017
ER  - 
TY  - THES
A1  - Anders, Friedrich
T1  - Disentangling the chemodynamical history of the Milky Way disc with asteroseismology and spectroscopy
T1  - Die chemodynamische Entwicklung der Milchstraßenscheibe im Lichte asteroseismischer und spektroskopischer Himmelsdurchmusterungen
N2  - Galaxies are among the most complex systems that can currently be modelled with a computer. A realistic simulation must take into account cosmology and gravitation as well as effects of plasma, nuclear, and particle physics that occur on very different time, length, and energy scales. The Milky Way is the ideal test bench for such simulations, because we can observe millions of its individual stars whose kinematics and chemical composition are records of the evolution of our Galaxy. Thanks to the advent of multi-object spectroscopic surveys, we can systematically study stellar populations in a much larger volume of the Milky Way. While the wealth of new data will certainly revolutionise our picture of the formation and evolution of our Galaxy and galaxies in general, the big-data era of Galactic astronomy also confronts us with new observational, theoretical, and computational challenges.

This thesis aims at finding new observational constraints to test Milky-Way models, primarily based on infra-red spectroscopy from the Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) and asteroseismic data from the CoRoT mission. We compare our findings with chemical-evolution models and more sophisticated chemodynamical simulations. In particular we use the new powerful technique of combining asteroseismic and spectroscopic observations that allows us to test the time dimension of such models for the first time. With CoRoT and APOGEE (CoRoGEE) we can infer much more precise ages for distant field red-giant stars, opening up a new window for Galactic archaeology. 
Another important aspect of this work is the forward-simulation approach that we pursued when interpreting these complex datasets and comparing them to chemodynamical models. 

The first part of the thesis contains the first chemodynamical study conducted with the APOGEE survey. Our sample comprises more than 20,000 red-giant stars located within 6 kpc from the Sun, and thus greatly enlarges the Galactic volume covered with high-resolution spectroscopic observations. Because APOGEE is much less affected by interstellar dust extinction, the sample covers the disc regions very close to the Galactic plane that are typically avoided by optical surveys. This allows us to investigate the chemo-kinematic properties of the Milky Way's thin disc outside the solar vicinity. We measure, for the first time with high-resolution data, the radial metallicity gradient of the disc as a function of distance from the Galactic plane, demonstrating that the gradient flattens and even changes its sign for mid-plane distances greater than 1 kpc.
Furthermore, we detect a gap between the high- and low-[$\alpha$/Fe] sequences in the chemical-abundance diagram (associated with the thin and thick disc) that unlike in previous surveys can hardly be explained by selection effects. Using 6D kinematic information, we also present chemical-abundance diagrams cleaned from stars on kinematically hot orbits. The data allow us to confirm without doubt that the scale length of the (chemically-defined) thick disc is significantly shorter than that of the thin disc.

In the second part, we present our results of the first combination of asteroseismic and spectroscopic data in the context of Galactic Archaeology. We analyse APOGEE follow-up observations of 606 solar-like oscillating red giants in two CoRoT fields close to the Galactic plane. These stars cover a large radial range of the Galactic disc (4.5 kpc $\lesssim R_{\rm Gal}\lesssim15$ kpc) and a large age baseline (0.5 Gyr $\lesssim \tau\lesssim$ 13 Gyr), allowing us to study the age- and radius-dependence of the [$\alpha$/Fe] vs. [Fe/H] distributions. We find that the age distribution of the high-[$\alpha$/Fe] sequence appears to be broader than expected from a monolithically-formed old thick disc that stopped to form stars 10 Gyr ago. In particular, we discover a significant population of apparently young, [$\alpha$/Fe]-rich stars in the CoRoGEE data whose existence cannot be explained by standard chemical-evolution models. These peculiar stars are much more abundant in the inner CoRoT field LRc01 than in the outer-disc field LRc01, suggesting that at least part of this population has a chemical-evolution rather than a stellar-evolution origin, possibly due to a peculiar chemical-enrichment history of the inner disc. We also find that strong radial migration is needed to explain the abundance of super-metal-rich stars in the outer disc. 

Finally, we use the CoRoGEE sample to study the time evolution of the radial metallicity gradient in the thin disc, an observable that has been the subject of observational and theoretical debate for more than 20 years. By dividing the CoRoGEE dataset into six age bins, performing a careful statistical analysis of the radial [Fe/H], [O/H], and [Mg/Fe] distributions, and accounting for the biases introduced by the observation strategy, we obtain reliable gradient measurements. The slope of the radial [Fe/H] gradient of the young red-giant population ($-0.058\pm0.008$ [stat.] $\pm0.003$ [syst.] dex/kpc) is consistent with recent Cepheid data. For the age range of $1-4$ Gyr, the gradient steepens slightly ($-0.066\pm0.007\pm0.002$ dex/kpc), before flattening again to reach a value of  $\sim-0.03$ dex/kpc for stars with ages between 6 and 10 Gyr. This age dependence of the [Fe/H] gradient can be explained by a nearly constant negative [Fe/H] gradient of $\sim-0.07$ dex/kpc in the interstellar medium over the past 10 Gyr, together with stellar heating and migration. Radial migration also offers a new explanation for the puzzling observation that intermediate-age open clusters in the solar vicinity (unlike field stars) tend to have higher metallicities than their younger counterparts. We suggest that non-migrating clusters are more likely to be kinematically disrupted, which creates a bias towards high-metallicity migrators from the inner disc and may even steepen the intermediate-age cluster abundance gradient.
N2  - Galaxien gehören zu den komplexesten physikalischen Systemen, die derzeit mit Computern modelliert werden können. Eine realistische Galaxiensimulation muss kosmologische Effekte genauso berücksichtigen wie die Gesetze der Plasma-, Kern-, und Teilchenphysik. Die Milchstraße ist ein ideales Labor für die Überprüfung solcher Simulationen, da moderne Teleskope die Kinematik und chemische Zusammensetzung von Millionen von Milchstraßensternen einzeln analysieren können und uns so einen Einblick in die Entstehungsgeschichte unserer Galaxie geben. Dank groß angelegter spektroskopischer Himmelsdurchmusterungen lassen sich seit Neuestem auch stellare Populationen in fernen Regionen der Milchstraße systematisch studieren. Dieser Datenreichtum hat das Potential, unseren Blick auf die Entstehung unserer kosmischen Heimat zu revolutionieren, konfrontiert die Forschung aber auch mit neuen beobachtungstechnischen, theoretischen und numerischen Herausforderungen.

Das Ziel dieser Arbeit ist es, moderne numerische Modelle der Milchstraße mittels neuer Beobachtungen zu testen. Hierbei benutzen wir vor Allem Infrarotspektroskopiedaten des Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE), sowie asteroseismische Daten der europäischen Exoplanetenmission CoRoT. Wir vergleichen unsere Resultate mit semianalytischen chemischen Entwicklungsmodellen und komplexeren chemodynamischen Simulationen, wobei uns die Kombination von asteroseismischen und spektroskopischen Daten erlaubt, zum ersten Mal die Zeitdimension solcher Modelle zu testen. Mit den CoRoT-APOGEE-Beobachtungen (kurz: CoRoGEE) lassen sich viel präzisere Altersbestimmungen für entfernte Riesensterne berechnen. Ein weiterer wichtiger Bestandteil dieser Arbeit ist die Verwendung sogenannter Mock-Beobachtungen, bei denen ein chemodynamisches Milchstraßenmodell so ``beobachtet'' wird wie die Milchstraße selbst, unter möglichst realistischer Berücksichtigung aller Beobachtungseffekte. Dies erlaubt uns akkuratere Vergleiche von Modellen und Daten, und ermöglicht eine einfachere Interpretation.

Der erste Teil dieser Arbeit enthält eine chemodynamische Untersuchung von mehr als 20,000 roten Riesensternen, die sich bis zu 6 kpc (20,000 Lichtjahre) entfernt befinden. Diese Studie, die mit den ersten APOGEE-Daten gemacht wurde, konnte so das galaktische Volumen, das mit hochauflösender Spektroskopie je beobachtet wurde, dramatisch vergrößern. Weil die Sensitivität von APOGEE als Infrarotexperiment weit weniger durch interstellare Extinktion behindert wird, dringt unsere Stichprobe außerdem in die Regionen nahe der galaktischen Ebene vor, die typischerweise von optischen Durchmusterungen vermieden werden. Das erlaubt es uns, die chemodynamischen Eigenschaften der dünnen Milchstraßenscheibe außerhalb der unmittelbaren Sonnenumgebung zu studieren. Wir können beispielsweise zum ersten Mal mit hochauflösender Spektroskopie den radialen Metallizitätsgradienten der Scheibe als Funktion des Abstands von der Scheibenebene messen und zeigen, dass dieser Gradient oberhalb von 1 kpc positiv ist. Außerdem detektieren wir eine Lücke zwischen den Populationen I und II im chemischen [$\alpha$/Fe]-[Fe/H]-Häufigkeitsdiagramm, die im Gegensatz zur früheren Datenerhebungen schwerlich durch Selektionseffekte erklärt werden kann. Da für viele Sterne zudem 6-dimensionale Phasenrauminformationen vorliegen, können wir außerdem chemische Häufigkeitsdiagramme analysieren, in denen stellare Passanten aus anderen galaktischen Regionen ausgeblendet werden. Unsere Daten bestätigen zweifelsfrei die kurze Skalenlänge der dicken Milchstraßenscheibe (Population II).  

Im zweiten Teil der Arbeit nutzen wir zum ersten Mal kombinierte seismisch-spektroskopische Beobachtungen zum Zwecke der Galaktischen Archäologie. Wir analysieren dabei APOGEE-Beobachtungen von 606 roten Riesensternen in zwei CoRoT-Himmelsfeldern nahe der Galaktischen Ebene. Die Sterne sind über einen weiten Bereich der Galaktischen Scheibe verteilt (4.5 kpc $\lesssim R_{\rm Gal}\lesssim15$ kpc) und decken eine große Altersspanne ab (0.5 Gyr $\lesssim \tau\lesssim$ 13 Gyr), was es uns erlaubt, sowohl die Alters- als auch die radiale Abhängigkeit der [$\alpha$/Fe]-[Fe/H]-Verteilungen zu untersuchen. Dabei konstatieren wir, dass die Altersverteilung der Population-II-Sterne breiter ist als man es für ein monolithisches Kollaps-Szenario der dicken Scheibe erwarten würde. Vor Allem liegt das an einer vorher nicht bekannten, aber signifikanten Population scheinbar junger [$\alpha$/Fe]-reicher Sterne, deren Existenz mit Standardmodellen für die chemische Evolution der Galaktischen Scheibe nicht erklärbar ist. Diese eigentümlichen Objekte sind viel häufiger in der inneren Scheibe zu finden als in der äußeren, was darauf hindeutet, dass zumindest ein Teil dieser Population tatsächlich einen physikalischen Ursprung hat (etwa eine besondere chemische Entwicklung nahe des Galaktischen Balkens) und nicht etwa auf systematische Fehler in der Altersbestimmung zurückzuführen ist. Ein weiteres Resultat ergibt sich aus der Fülle von super-metallreichen Sternen in der äußeren Scheibe: der Effekt radialer Sternmigration scheint dort eine größere Rolle zu spielen als bisher angenommen.

Im letzten Teil nutzen wir die CoRoGEE-Stichprobe, um die Zeitentwicklung des radialen Metallizitätsgradienten der dünnen Scheibe zu studieren; eine Unbekannte, die sowohl unter Theoretikern als auch unter Beobachtern in den letzten zwanzig Jahren immer wieder für Diskussionen sorgte. Wir teilen dazu die CoRoGEE-Daten in sechs Altersgruppen ein und  erhalten durch eine sorgfältige statistische Analyse der radialen [Fe/H] Verteilungen unter Berücksichtigung systematischer Unsicherheiten verlässliche Werte für den Metallizitätsgradienten. Dessen Anstieg für die junge Population der roten Riesen  ($-0.058\pm0.008$ [stat.] $\pm0.003$ [syst.] dex/kpc) ist konsistent mit den neuesten Messungen an Cepheiden. Im Altersbereich $1-4$ Gyr verzeichnen wir einen leicht steileren Gradienten ($-0.066\pm0.007\pm0.002$ dex/kpc), der für ältere Sterne (6--10 Gyr) wieder flacher ausfällt ($\sim-0.03$ dex/kpc). Diese Altersabhängigkeit des Metallizitätsgradienten lässt sich unter anderem durch ein Modell erklären, in dem der Metallizitätsgradient des interstellaren Medium etwa konstant bei $~-0.07$ dex/kpc liegt und in alten stellaren Populationen durch kinematische Effekte wie stellare Migration verwaschen wird. Stellare radiale Migration eröffnet uns außerdem eine elegante Erklärung für die verwundernde Tatsche, dass Sternhaufen mittleren Alters in der Sonnenumgebung oft höhere Metallizitäten aufweisen als junge Haufen. Um das zu erklären, schlagen wir ein Szenario vor, in dem nichtmigrierende Haufen eher durch gravitative Wechselwirkungen in der Scheibe zersöort werden als migrierende, was in der Sonnenumgebung eine Verzerrung zu Gunsten metallreicherer Haufen aus der inneren Scheibe nach sich zöge und, wie ebenfalls beobachtet, zur Folge hätte, dass der Metallizitätsgradient der mittelalten Haufenpopulation viel steiler wäre als der der jungen Haufen.
KW  - galactic astronomy
KW  - Milky Way evolution
KW  - Milky Way chemodynamics
KW  - red giant stars
KW  - asteroseismology
KW  - spectroscopy
KW  - galaktische Astrophysik
KW  - Entstehung der Milchstraße
KW  - Chemodynamik der Milchstraße
KW  - rote Riesensterne
KW  - Asteroseismologie
KW  - Spektroskopie
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-396681
ER  -