Mannheim, University, Diss., 2005.

University, Diss., 2004--Bonn.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--Dresden.

When Galactic microlensing events of stars are observed, one usually measures a symmetric light curve corresponding to a single lens, or an asymmetric light curve, often with caustic crossings, in the case of a binary lens system. In principle, the fraction of binary stars at a certain separation range can be estimated based on the number of measured microlensing events. However, a binary system may produce a light curve which can be fitted well as a single lens light curve, in particullary if the data sampling is poor and the errorbars are large. We investigate what fraction of microlensing events produced by binary stars for different separations may be well fitted by and hence misinterpreted as single lens events for various observational conditions. We find that this fraction strongly depends on the separation of the binary components, reaching its minimum at between 0.6 and 1.0 Einstein radius, where it is still of the order of 5% The Einstein radius is corresponding to few A.U. for typical Galactic microlensing scenarios. The rate for misinterpretation is higher for short microlensing events lasting up to few months and events with smaller maximum amplification. For fixed separation it increases for binaries with more extreme mass ratios.<br><br> Problem of degeneracy in photometric light curve solution between binary lens and binary source microlensing events was studied on simulated data, and data observed by the PLANET collaboration. The fitting code BISCO using the PIKAIA genetic algorithm optimizing routine was written for optimizing binary-source microlensing light curves observed at different sites, in I, R and V photometric bands. Tests on simulated microlensing light curves show that BISCO is successful in finding the solution to a binary-source event in a very wide parameter space. Flux ratio method is suggested in this work for breaking degeneracy between binary-lens and binary-source photometric light curves. Models show that only a few additional data points in photometric V band, together with a full light curve in I band, will enable breaking the degeneracy. Very good data quality and dense data sampling, combined with accurate binary lens and binary source modeling, yielded the discovery of the lowest-mass planet discovered outside of the Solar System so far, OGLE-2005-BLG-390Lb, having only 5.5 Earth masses. This was the first observed microlensing event in which the degeneracy between a planetary binary-lens and an extreme flux ratio binary-source model has been successfully broken. For events OGLE-2003-BLG-222 and OGLE-2004-BLG-347, the degeneracy was encountered despite of very dense data sampling. From light curve modeling and stellar evolution theory, there was a slight preference to explain OGLE-2003-BLG-222 as a binary source event, and OGLE-2004-BLG-347 as a binary lens event. However, without spectra, this degeneracy cannot be fully broken.<br><br> No planet was found so far around a white dwarf, though it is believed that Jovian planets should survive the late stages of stellar evolution, and that white dwarfs will retain planetary systems in wide orbits. We want to perform high precision astrometric observations of nearby white dwarfs in wide binary systems with red dwarfs in order to find planets around white dwarfs. We selected a sample of observing targets (WD-RD binary systems, not published yet), which can possibly have planets around the WD component, and modeled synthetic astrometric orbits which can be observed for these targets using existing and future astrometric facilities. Modeling was performed for the astrometric accuracy of 0.01, 0.1, and 1.0 mas, separation between WD and planet of 3 and 5 A.U., binary system separation of 30 A.U., planet masses of 10 Earth masses, 1 and 10 Jupiter masses, WD mass of 0.5M and 1.0 Solar masses, and distances to the system of 10, 20 and 30 pc. It was found that the PRIMA facility at the VLTI will be able to detect planets around white dwarfs once it is operating, by measuring the astrometric wobble of the WD due to a planet companion, down to 1 Jupiter mass. We show for the simulated observations that it is possible to model the orbits and find the parameters describing the potential planetary systems. / Bei von Sternen verursachten Mikrolinsen-Ereignissen beobachtet man meist symmetrische Lichtkurven einer einzelnen Linse oder asymmetrische Lichtkurven (oftmals mit Kaustik-Crossing), die durch Doppel-Linsen hervorgerufen werden. Im Prinzip kann aus der Zahl der gemessenen unsymmetrischen Ereignisse der Anteil der Doppelstern-Systeme in Abhängigkeit vom Winkelabstand abgeschätzt werden. Allerdings kann auch ein Doppelsystem Lichtkurven erzeugen, die gut mit einer Einzellinsen-Lichtkurve gefittet werden können. Die gilt insbesondere bei lückenhafter Messung oder grossen Messfehlern. In dieser Arbeit wird für verschiedene Beobachtungsbedingungen untersucht, wie häufig Lichtkurven, die von Doppellinsen mit unterschiedlichen Abständen erzeugt werden, gut mit Einzellinsen-Lichtkurven gefittet werden können und damit fehlinterpretiert werden. Es wurde herausgefunden, dass der Anteil fehlinterpretierter Lichtkurven stark von der Separation der Komponenten abhängig ist: das Minimum liegt zwischen 2 A.E. and 5 A.E. / wobei der Anteil immer noch 5% beträgt. Die Rate der Fehlinterpretationen ist höher für kurze Mikrolinsen-Ereignisse (bis zu wenigen Monaten) und für Ereignisse mit geringer Maximalverstärkung. Bei gleicher Separation steigt die Rate mit extremeren Massenverhältnissen an.<br><br> Das Problem der Degenerierung zwischen den Lichtkurven für doppelte Linsensysteme und doppelte Hintergrund-Quellen wurde anhand simulierter Daten und mit Beobachtungsdaten des PLANET Projekts untersucht. Der Fit-Code BISCO, der den genetischen Algorithmus PIKAIA nutzt, wurde geschrieben, um Doppel-Linsen Lichtkurven, die von verschiedenen Observatorien in den photometrischen Bändern I, B, und V gemessen wurden, zu modellieren. Tests mit simulierten Daten haben gezeigt, dass BISCO in der Lage ist, in einem sehr weiten Parameterbereich die korrekte Lösung für die Lichtkurve einer Doppel-Linsen zu finden. In dieser Arbeit wird die Flussverhältnis-Methode empfohlen, um die Degenerierung zwischen Doppel-Linse und Doppel-Quelle aufzulösen. Modellierungen zeigen, dass nur wenige zusätzliche Datenpunkte im V-Band genügen, um zusammen mit einer vollständigen Lichtkurve im I-Band die Degenerierung aufzubrechen. Mit sehr guter Datenqualität und zeitlich dichten Messungen, kombiniert mit genauer Modellierung von Doppel-Linsen und Doppel-Quellen, gelang die Entdeckung des bisher masseärmsten Planeten ausserhalb des Sonnensystems: OGLE-2005-BLG-390Lb, mit nur 5.5 Erdmassen. Dies war das erste Mikrolinsen-Ereignis, bei dem die Degenerierung zwischen plantarer Doppel-Linse und einer Doppel-Quelle mit extremem Flussverhältnis erfolgreich aufgelöst wurde. Für die Ereignisse OGLE-2003-BLG-222 und OGLE-2004-BLG-347 besteht die Degenerierung trotz sehr dichter Messungen. Aufgrund der Lichtkurvenmodellierung und Argumenten aus der Theorie der Sternentwicklung ist die Erklärung von OGLE-2003-BLG-222 als Doppel-Quelle und OGLE-2004-BLG-347 als Doppel-Linsen Ereignis vorzuziehen. Allerdings kann die Degenerierung ohne spektrale Daten nicht vollständig aufgelöst werden.<br><br> Bisher wurde kein Planet als Begleiter eines Weissen Zwerges gefunden, obwohl es möglich sein sollte, dass jupiterähnliche Planeten die Spätstadien der Sternentwicklung überleben und dass sich Weisse Zwerge Planetensysteme mit weiten Umlaufbahnen erhalten können. Wir planen hochgenaue astrometrische Beobachtungen von nahen Weissen Zwergen in weiten Doppelsystemen, um Planeten um Weisse Zwerge zu finden. Wir haben eine Stichprobe von Systemen zusammengestellt, in denen möglicherweise Planeten gefunden werden könnten. Wir haben synthetische astrometrische Orbits modelliert, die für diese Systeme mit existierenden und zukünftigen astrometrischen Instrumenten beobachtbar sind. Die Modellierungen wurden für astrometrische Genauigkeiten von 0.01, 0.1, 1.0 Mikrobogensekunden gerechnet. Als Abstände zwischen weissem Zwerg und Planet wurden 3, 5 und 10 Astronomische Einheiten angenommen, für den Abstand zwischen den Doppelsternkomponenten 30 A.E. Als Planetenmassen wurden 10 Erdmassen, bzw. 1 und 10 Jupitermassen gewählt, als Masse für den weissen Zwerg 0.5 und 1.0 Sonnenmassen. Die Distanzen zum System betragen 10 und 20 parsec. Als Resultat dieser Untersuchung wurde herausgefunden, dass das PRIMA Instrument am VLTI in der Lage sein wird, die astrometrischen Oszillationen, die ein Planet ab einer Jupitermasse verursacht, zu detektieren. Wir zeigen, dass es möglich sein wird, die Umlaufbahnen solcher Planeten zu modellieren und damit die Parameter dieser Planetensysteme zu bestimmen.

Velmi přesná následná astrometrie je nezbytným předpokladem sledování blízkozemních objektů, které mohou představovat riziko srážky se Zemí. Tato práce přináší ucelený přehled přesné astrometrie, obsahuje potřebnou matematickou teorii, postup předzpracování snímků v astronomii, a nastiňuje použití filtrů. Navrhuje nové metody pro vyrovnání pozadí snímků před provedením astrometrického měření pro případ, kdy nejsou dostupné kalibrační snímky. Tyto metody jsou založeny na vytvoření syntetického flatfieldu pomocí aplikování filtru na snímek a následné užití tohoto flatfieldu pro odstranění pozadí snímku. Metody byly otestovány na vzorových snímcích a vzápětí použity k získání astrometrických pozic prvního mezihvězdného objektu 1I/2017 U1 ('Oumuamua).

Nowadays, CCD observations are widely used to determine astrometric positions of minor planets differentially. Especially, follow-up observational programs require to produce and analyse a large number of CCD frames. This dissertation discusses the methods which are used to process such astrometrical CCD frames and extract scientific information from them. These methods are then combined into a complete astrometric software package. Among all corrections which have to be taken into consideration, special attention is given to the effects of differential chromatic refraction (DCR). It is demonstrated how the influence of DCR can be reduced using the photometric data of reference stars taken from the UCAC2 catalogue. In this way, for several test frames a gain in positional accuracy of about 15 percent has been achieved at a zenith distance of 65 degrees. Furthermore, different measurement algorithms of the image positions as well as the properties of several transformation models for the conversion between measured and tangential coordinates are analysed. In addition, the algorithm for automatic identification of reference stars is improved. With respect to the analysis of frames taken through follow-up observations of minor planets, software requirements are formulated. Considering these aspects the automatic universal computer program MpCCD has been developed and is presented and tested here. Particularly, it is compared to other astrometric applications, which are advised to be employed for the determination of minor planet positions by the IAU's Minor Planet Center. The developed software is able to measure positions of minor planets with high accuracy. For a series of test frames an average uncertainty of 62mas in the positions was achieved. This uncertainty is similar to the accuracy level of the UCAC2 catalogue used for the analysis. / Für Zwecke der differentiellen astrometrischen Positionsbestimmung von Kleinplaneten werden heutzutage verbreitet CCD-Beobachtungen eingesetzt. Insbesondere im Rahmen von Follow-up-Beobachtungsprogrammen sind eine Vielzahl von Aufnahmen herzustellen und auszuwerten. In dieser Arbeit werden Verfahren zur Auswertung solcher astrometrischer CCD-Aufnahmen diskutiert und später zu einem kompletten Messsystem für Kleinplaneten zusammengefügt. Unter den zu berücksichtigenden Korrekturen erhalten die Effekte der differentiellen chromatischen Refraktion (DCR) besondere Aufmerksamkeit. Es wird demonstriert, wie sich der Einfluss der DCR verringern lässt, indem die fotometrischen Angaben des Referenzsternkataloges UCAC2 hinzugezogen werden. Für Testaufnahmen ergaben sich so Verbesserungen der Lagegenauigkeit von 15 Prozent bei einer Zenitdistanz von 65 Grad. Des Weiteren werden verschiedene Messalgorithmen für Bildpositionen sowie die Eigenschaften diverser Transformationsmodelle für die Überführung von gemessenen in Tangentialkoordinaten untersucht. Außerdem erfolgt eine Weiterentwicklung des Algorithmus zur automatischen Identifikation von Referenzsternen. In Hinblick auf die Auswertung von Follow-up-Beobachtungen von Kleinplaneten werden Anforderungen an Software formuliert. Das nach diesen Gesichtspunkten entwickelte automatische universelle Computerprogramm MpCCD wird vorgestellt und getestet. Insbesondere findet ein Vergleich mit anderen astrometrischen Programmen statt, die vom Minor Planet Center der IAU zur Positionsbestimmung von Kleinplaneten empfohlen werden. Die entwickelte Software ist in der Lage, Positionen von Kleinplaneten mit hoher Genauigkeit zu ermitteln. Die für eine Reihe von Testaufnahmen verbliebenen Positionsunsicherheiten der Neupunkte von durchschnittlich 62mas liegen im Bereich der Koordinaten-Unsicherheiten des zur Auswertung verwendeten Referenzsternkataloges UCAC2.

Nowadays, CCD observations are widely used to determine astrometric positions of minor planets differentially. Especially, follow-up observational programs require to produce and analyse a large number of CCD frames. This dissertation discusses the methods which are used to process such astrometrical CCD frames and extract scientific information from them. These methods are then combined into a complete astrometric software package. Among all corrections which have to be taken into consideration, special attention is given to the effects of differential chromatic refraction (DCR). It is demonstrated how the influence of DCR can be reduced using the photometric data of reference stars taken from the UCAC2 catalogue. In this way, for several test frames a gain in positional accuracy of about 15 percent has been achieved at a zenith distance of 65 degrees. Furthermore, different measurement algorithms of the image positions as well as the properties of several transformation models for the conversion between measured and tangential coordinates are analysed. In addition, the algorithm for automatic identification of reference stars is improved. With respect to the analysis of frames taken through follow-up observations of minor planets, software requirements are formulated. Considering these aspects the automatic universal computer program MpCCD has been developed and is presented and tested here. Particularly, it is compared to other astrometric applications, which are advised to be employed for the determination of minor planet positions by the IAU's Minor Planet Center. The developed software is able to measure positions of minor planets with high accuracy. For a series of test frames an average uncertainty of 62mas in the positions was achieved. This uncertainty is similar to the accuracy level of the UCAC2 catalogue used for the analysis. / Für Zwecke der differentiellen astrometrischen Positionsbestimmung von Kleinplaneten werden heutzutage verbreitet CCD-Beobachtungen eingesetzt. Insbesondere im Rahmen von Follow-up-Beobachtungsprogrammen sind eine Vielzahl von Aufnahmen herzustellen und auszuwerten. In dieser Arbeit werden Verfahren zur Auswertung solcher astrometrischer CCD-Aufnahmen diskutiert und später zu einem kompletten Messsystem für Kleinplaneten zusammengefügt. Unter den zu berücksichtigenden Korrekturen erhalten die Effekte der differentiellen chromatischen Refraktion (DCR) besondere Aufmerksamkeit. Es wird demonstriert, wie sich der Einfluss der DCR verringern lässt, indem die fotometrischen Angaben des Referenzsternkataloges UCAC2 hinzugezogen werden. Für Testaufnahmen ergaben sich so Verbesserungen der Lagegenauigkeit von 15 Prozent bei einer Zenitdistanz von 65 Grad. Des Weiteren werden verschiedene Messalgorithmen für Bildpositionen sowie die Eigenschaften diverser Transformationsmodelle für die Überführung von gemessenen in Tangentialkoordinaten untersucht. Außerdem erfolgt eine Weiterentwicklung des Algorithmus zur automatischen Identifikation von Referenzsternen. In Hinblick auf die Auswertung von Follow-up-Beobachtungen von Kleinplaneten werden Anforderungen an Software formuliert. Das nach diesen Gesichtspunkten entwickelte automatische universelle Computerprogramm MpCCD wird vorgestellt und getestet. Insbesondere findet ein Vergleich mit anderen astrometrischen Programmen statt, die vom Minor Planet Center der IAU zur Positionsbestimmung von Kleinplaneten empfohlen werden. Die entwickelte Software ist in der Lage, Positionen von Kleinplaneten mit hoher Genauigkeit zu ermitteln. Die für eine Reihe von Testaufnahmen verbliebenen Positionsunsicherheiten der Neupunkte von durchschnittlich 62mas liegen im Bereich der Koordinaten-Unsicherheiten des zur Auswertung verwendeten Referenzsternkataloges UCAC2.

We report on recent advancement in the theory of light propagation in the Solar System aiming at sub-micro-arcsecond level of accuracy: (1) A solution for the light ray in 1.5PN approximation has been obtained in the field of N arbitrarily moving bodies of arbitrary shape, inner structure, oscillations, and rotational motion. (2) A solution for the light ray in 2PN approximation has been obtained in the field of one arbitrarily moving pointlike body.

Comparison of the Gaia DR1 auxiliary quasar solution to recent ground based VLBI solutions for ICRF2 sources.

Ce travail a comme objectif principal de vérifier s’il est possible de faire de la science avec les observations d’objets étendus qui seront réalisées par la mission spatiale Gaia. Cette mission, l’un des plus ambitieux projets de l’Astronomie moderne,observera plus d’un milliard d’objets dans tout le ciel avec des précisions inédites, fournissant des données astrométriques, photométriques et spectroscopiques. Naturellement, en fonction de sa priorité astrométrique, Gaia a été optimisé pour l’étude d’objets ponctuels. Néanmoins, diverses sources associées à des émissions étendues seront observées. Ces émissions peuvent avoir une origine intrinsèque, telles que les galaxies, ou extrinsèque, telles que les projections d’objets distincts sur la même ligne de visée, et présenteront probablement de solutions astrométriques moins bonnes.Pour étudier ces émissions, leurs images bidimensionnelles doivent être analysées.Néanmoins, comme Gaia ne produit pas de telles données, nous avons commencé ce travail en vérifiant si à partir de ses observations unidimensionnelles il serait possible de reconstruire des images 2D d’objets dans tout le ciel.Nous avons ainsi estimé la quantité de cas sujets à la présence d’émissions étendues extrinsèques, et nous avons présenté une méthode que nous avons développée pour analyser leurs images reconstruites. Nous avons montré que l’utilisation de cette méthode permettra d’étendre le catalogue final de façon fiable à des millions de sources ponctuelles dont beaucoup dépasseront la magnitude limite de l’instrument.D’un autre coté, dans le cas d’émissions intrinsèques, nous avons premièrement obtenu une estimation supérieure du nombre de cas que Gaia pourra observer. Nous avons alors vérifié qu’après les reconstructions d’images, les codes que nous avons développés permettront de classifier morphologiquement des millions de galaxies dans les types précoce/tardif et elliptique/spirale/irrégulière. Nous avons de plus présenté une méthode que nous avons développée pour réaliser la décomposition bulbe/disque directement à partir des observations unidimensionnelles de Gaia de façon complètement automatique.Finalement nous avons conclu qu’il est possible d’utiliser beaucoup de ces données qui pourraient être ignorées pour faire de la science. Et que le fait de les exploiter permettra aussi bien la détection de millions d’objets qui dépassent la limite de magnitude de Gaia, que de mener des études sur la morphologie de millions de galaxies dont les structures ne peuvent être révélées qu’à partir de l’espace ou au moyen d’optique adaptative, augmentant un peu plus les horizons de cette mission déjà immense. / The main objective of this work is to determine whether it is possible to do science from the observations of extended objects that will be performed by the Gaia space mission. One of the most ambitious projects of modern Astronomy, this mission will observe more than one billion objects through out the sky, thus providing astrometric, photometric and spectroscopic data with unprecedented precision. Naturally, Gaia has been optimized for the study of point-like sources due to its astrometrical priority. Nevertheless, many sources associated with extended emission will be observed. The origins of these extended sources can be either intrinsic, such as galaxies, or extrinsic, such as projections of objects in the same line of sight. In both cases, these sources will have less than optimal astrometric solutions.In order to study those emissions, their two-dimensional images will be analyzed. Nonetheless, since Gaia will not acquire such images, we begin this work by checking whether it will be possible to reconstruct images anywhere in the sky from the satellite’s one-dimensional observations.Consequently, we, on the one hand, estimate the number of cases which will be subjected to the extrinsic extended emissions, present a method which we developed to analyze the reconstructed images by segregating the different sources and show that the adoption of this method will allow extending the catalogue reliably by millions of point sources, many of which are beyond the limiting magnitude of the instrument. On the other hand, regarding intrinsic extended emissions, we first obtain an upper limit estimate for the number of cases which Gaia will be able to observe ; then,we verify that the combination of image reconstructions and the use of the codes introduced here in will allow performing the morphological classification of millions of galaxies in early/late types and elliptical/spiral/irregular classes. Afterward,we present a method which we developed to decompose those galaxies into their bulge/disk components directly from the one-dimensional Gaia data in a completely automatic way. Finally, we conclude that it is possible to harness the data of many of the observations that might other wise be ignored to do science. Saving these data will allow the detection of millions of objects beyond Gaia’s limiting magnitude and the study of the morphology of millions of galaxies whose structures can only be probed from space or through the adoption of adaptive optics, thus somewhat expanding the horizons of this already comprehensive mission.