Stripped-envelope supernovae were thought to be the explosions of very massive stars (& 20 M) that lost their outer layers of hydrogen and/or helium in strong stellar winds. However, recent studies have highlighted that most stripped-envelope supernovae seem to be arising from rela- tively lower-mass progenitor stars in the 12 20 M(sun) range, creating a mystery about the fate of the higher-mass stars. In this licentiate thesis, we review our knowledge of stripped-envelope supernovae, and present the astrophysical problem of their missing high-mass progenitors. The thesis focuses on observations of unique and rare stripped-envelope supernovae classified with modern optical surveys such as the intermediate Palomar Transient Factory (iPTF) and the Public European Southern Observatory Spectroscopic Survey of Transient Objects (PESSTO). In these surveys we have discovered stripped-envelope supernovae with long-lasting broad lightcurves, which are thought to be a marker for highly massive (& 20 M[sun]) progenitor stars. Despite this exciting association, there are only a handful of existing examples of stripped- envelope supernovae with broad lightcurves published in the literature, not numerous enough to account for the missing high-mass stars. During our efforts, the first object we focused on was OGLE-2014-SN-131, a long-lasting supernova in the southern sky initially classified by PESSTO. We re-classified it as a supernova Type Ibn interacting with a helium-rich circumstellar environment. Unlike all other Type Ibn’s in the literature, OGLE-2014-SN-131 was found to have a long rise-time and large lightcurve broadness. By modeling its bolometric lightcurve, we concluded that OGLE-2014-SN-131 must have had an unusually massive progenitor star. Furthermore, since an ordinary radioactive- decay model could not reproduce the lightcurve, we investigated both a magnetar and circum- stellar interaction as potential powering scenarios and favored the latter due to the signatures of interaction present in the spectra. Next, we looked for similar objects in the supernova dataset of the iPTF, which contains over 200 stripped-envelope supernovae. Searching in a sub-sample of 100 well-observed supernovae, we identified 11 to have unusually broad lightcurves. We also constrained the distribution of lightcurve broadness for iPTF stripped-envelope supernovae. The 11 with broad lightcurves will be studied carefully in a forthcoming paper. The first part of this forthcoming paper, which describes the careful statistical identification of these super-novae, is included in this thesis. In it we identify that 10% of the iPTF stripped-envelope supernova sample have broad lightcurves, which a surprisingly high fraction given their rarity in the published literature. Finally, we evaluate whether our estimate of the fraction of broad stripped-envelope supernovae could help explain the missing high-mass progenitors, and con- clude that they can only be a small fraction of the missing high-mass progenitors.

Besides being sources of gravitational waves, there has been evidence that neutron starmergers release neutron-rich material suitable for the production of heavy r-process nuclei.The radioactive decay of these freshly synthesised elements powers a rapidly evolvingthermal transient, the “macronova” (also known as “kilonova”). Its spectral propertiesstrongly depend on the ejecta composition, since neutron rich material synthesises heavyr-process elements that can efficiently trap radiation inside the ejecta producing a longlasting signal peaking in the red part of the spectrum. The first detection of a binaryneutron star merger was also accompanied by the evidence of a relativistic jet. Despitebeing ascertained the presence of these two dynamical components, neutron-rich ejectaand ultra-relativistic jet, the observational consequences of the interplay between the twois still unclear. In the paper we investigate such interaction through dedicated specialrelativistic hydrodynamic simulations, starting from a realistic environment obtained byprevious works. Light curves are then constructed up to the time scale of days by postprocessing the hydrodynamic results adopting proper radiative transfer. I show thatjet propagation within such environment can significantly affect the observation of theradioactive transient. A relativistic outflow can in fact “punch-away” a fraction of highopacity material before the brightening of the macronova, resulting in the transient beingbrighter and bluer for on-axis observers in the first few days. In this way the jet impactsboth time scale and luminosity of the macronova peak, that are the two main observablesallowing the estimate of the ejecta properties.

This projects studies which early galaxy populations will be visible using the telescopes JWST and Euclid. Galaxy luminosity functions are calculated for different redshifts, with the galaxy number density as a function of apparent magnitude. The apparent magnitude is used to enable easy comparisons with the observational limits of JWST and Euclid. Added to the calculations were also the impact of gravitational lensing and how it may magnify the flux of the galaxies.  Another part of the project studied the impact of a lowest DM halo mass, the limit of the halo mass needed to create a galaxy. The existence of such a limit changes the luminosity function at low luminosities. The aim was to study if this change will be visible using the telescopes. The studies was done using a semi-analytical model of high-redshift galaxies with a Python interface.  The results showed that the visible galaxy populations varies significantly with both redshift and magnification. For lower redshifts and higher magnification more galaxies, mostly for low luminosities, are visible. The lowest DM halo masses needed to be noticeable by the telescopes was between Mmin = 2.0 × 1010 − 1.6 × 1011 M⊙. With a magnification of factor ten or 100 they instead lay between Mmin = 2.2 × 109 − 2.8 × 1010 M⊙. Compared to previous studies the effect from the limiting mass will most probably be visible by JWST with the magnification, while the values without magnification are close to the limit. For Euclid deep field the effects are not predicted to be visible even with a magnification of factor ten, but they will probably be visible with a higher magnification of a factor 100. / I detta projekt studeras vilka tidiga galaxpopulationer som kommer vara synliga med teleskopen JWST och Euclid. Galaxluminositetsfunktioner beräknas för olika rödförskjtningar med galaxtätheten som en funktion av apparent magnitud. Just apparent magnitud används för att jämförelser med de observationella gränserna för JWST och Euclid ska vara enkla att genomföra. Gravitationslinser och hur de kan förstärka galaxers luminositet lades även till beräkningarna.  I projektet studerades även hur en lägsta massa för mörk materia halos kan påverka beräkningarna. Denna massa är då gränsen för halomassan som behövs för att en galax ska kunna skapas. Ifall en sådan begränsning finns så ändras luminositetsfunktionerna för låga luminositeter. I detta projekt undersöktes det ifall denna förändring kommer vara synlig med teleskopen. Fo ̈r att utföra projektet användes en semi-analytisk modell av galaxer med hög rödförskjutning, med ett gränssnitt i Python.  Resultaten visar att de synliga galaxpopulationerna varierade starkt när förstärkning av galaxluminositet eller rödförskjutning ändrades. Med lägre rödförskjutning och högre magnifikation syntes fler galaxer, och de främsta förändringarna skedde för låga lumi- nositeter. De halomassor som behövdes för att vara synliga med teleskopen var mellan Mmin = 2.0 × 1010 − 1.6 × 1011 M⊙ utan förstärkning av luminositeten och mellan Mmin = 2.2 × 109 − 2.8 × 1010 M⊙ med en förstärkning av faktor tio eller 100. Jämfört med tidigare studier så kommer förändringarna troligtvis vara synliga med JWST ifall en förstärkning inkluderas. Utan magnifikation ligger massorna precis på gränsen. För Euclid deep field kommer effekterna ej vara synliga ens med en förstärkning av faktor tio, men de kommer troligtvis vara synliga med en högre magnifikation av faktor 100.

Galaxy formation is a continuous process that started only a few hundred million yearsafter the Big Bang. The first galaxies were very volatile, with bursts of star formationand disorganised gas motions. However, even as these galaxies evolved to have orderlyrotating gas discs, the gas within the disc, referred to as the interstellar medium (ISM),still remained highly turbulent. In fact, the ISM is supersonically turbulent, meaning thatthe disorganised gas motion exceeds the speed of sound in the medium. This supersonicturbulence has been connected to several crucial properties related to galaxy evolution; forexample, increasing (and decreasing in some regions) the ISM gas density, star formation,and gas mixing. Many observation have shown that all of the gas phases in the ISM experience su-personic levels of turbulence, with line widths (an observational method to quantify theamount of turbulence) as high as σg ≲ 100 km s−1 in high-redshift (younger) disc galaxies,while local quiescent discs have σg ≲ 40 km s−1 . However, the ISM contains a variety ofgas phases that cover a wide range of temperatures and densities, which exhibit differentlevels of turbulence. For example, the warm ionised gas phase represents the upper limitsquoted above, while colder denser gas only reaches σg ≲ 40 km s−1 and σg ≲ 15 km s−1 inhigh-redshift and local galaxies, respectively. The physical processes driving this turbulence are not fully understood, but a combi-nation of stellar feedback (e.g. supernova) and gravitational instability (e.g. during cloudcollapse) have been suggested to provide a majority of the turbulent energy. In particular,stellar feedback is crucial in the formation of warm ionised gas and may therefore have asignificant contribution on the turbulence within ionised gas. Furthermore, heterogeneousdata of widely different galaxies (in terms of e.g. mass and size) at different resolutions(which causes artificial line broadening) complicates understanding the underlying cause. A commonly used tracer of ionised gas is the Hα emission line and has been usedextensively in high-redshift surveys. However, the contribution of the Hα signal comesfrom two primary sources: the radiatively ionised regions around massive newborn starsembedded in molecular gas (called H II regions) and diffuse ionised gas (DIG) filling theentire galactic disc. Observations have found that these two sources contribute, on average,roughly the same amount to the Hα signal (although with a large spread), but the levelsof turbulence is starkly different; with the DIG being roughly 2-3 times more turbulethan the gas in H II regions. Numerical simulations have come a long way and are now able to simulate entire discgalaxies at parsec-scale resolution (in regions of interest). Furthermore, galaxy simulationshave been able to reproduce the level of turbulence observed in local and high-redshiftgalaxies. Direct comparisons between numerical and observational studies are crucial tounderstand the relevant physics driving observed correlations. However, numerical andobservational work have different data available and the reduction/analysis varies betweenauthors, and so diligence is required to perform qualitative comparisons. In this work, I perform numerical simulations to investigate ISM turbulence in differentgas phases. My simulations model a Milky Way-like galaxy at two different redshifts(using gas fraction as a proxy for redshift) and with/without stellar feedback physics, toevaluate its impact. I perform mock observations to explore the relation between the starformation rate and turbulence, and investigate what is driving this relation. Additionally, Ianalyse the Hα emission line and compare the contribution in intensity and line broadening(turbulence) from H II regions and DIG. / Galaxbildning är en kontinuerlig process som började bara några hundra miljoner år efterBig Bang. De första galaxerna var mycket volatila, med utbrott av stjärnbildning ochoorganiserade gasrörelser. Men även efter att dessa galaxer utvecklade ordnade roterandegasskivor, förblev gasen inom skivan, kallat det interstellära mediet (ISM), fortfarandehögt turbulent. Faktum är att ISM är supersoniskt turbulent, vilket innebär att de oorgan-iserade gasrörelserna överstiger ljudets hastighet i mediet. Denna supersoniska turbulenshar kopplats till flera avgörande egenskaper relaterade till galaxutveckling; till exempel,öka (och i vissa regioner minska) ISM:ets gas densitet, stjärnbildning och gasblandning. Många observationer har visat att alla gasfaser i ISM upplever supersoniska nivåer avturbulens, med linjebredder (en observationsmetod för att kvantifiera mängden turbulens)så höga som σg ≲ 100 km s−1 i hög-rödförskjutnings (dvs. yngre) skivgalaxer, medanlokala lugna skivor har σg ≲ 40 km s−1. Emellertid innehåller ISM olika gasfaser somtäcker ett brett spektrum av temperaturer och densiteter, vilka uppvisar olika nivåer avturbulens. Till exempel representerar den varma joniserade gasfasen de övre gränsernasom nämns ovan, medan kallare, tätare gas endast når σg ≲ 40 km s−1 och σg ≲ 15 km s−1i hög-rödförskjutnings och lokala galaxer, respektive. De fysikaliska processer som driver denna turbulens är inte fullt förstådda, men enkombination av stellär feedback (t.ex. supernova) och gravitationsinstabilitet (t.ex. undermolnkollaps) har föreslagits ge en majoritet av den turbulenta energin. I synnerhet ärstellär feedback avgörande för bildandet av varm joniserad gas och kan därför ha ettbetydande bidrag till turbulensen inom joniserad gas. Dessutom komplicerar heterogenadata från mycket olika galaxer (i termer av t.ex. massa och storlek) vid olika upplösningar(vilket orsakar konstgjord linjebreddning) förståelsen av den underliggande orsaken. En vanligt använd spårare av joniserad gas är Hα-emissionslinjen och har använts om-fattande i undersökningar vid hög rödförskjutning. Emellertid kommer bidraget från Hα-signalen från två primära källor: de strålningsjoniserade regionerna runt massiva nyföddastjärnor inbäddade i molekylär gas (kallade H II -regioner) och diffus joniserad gas (DIG) som fyller hela den galaktiska skivan. Observationer har funnit att dessa två källor bidrar,i genomsnitt, ungefär lika mycket till Hα-signalen (dock med en stor spridning), mennivåerna av turbulens är markant olika; med DIG ungefär 2-3 gånger mer turbulent ängasen i H II-regioner. Numeriska simuleringar har kommit långt och kan nu simulera hela skivgalaxer medparsec-skala upplösning (i områden av intresse). Dessutom har galaxsimuleringar kunnatåterskapa den nivå av turbulens som observerats i lokala och hög-rödförskjutningsgalaxer. Men numeriska och observationsbaserade arbeten har olika tillgängliga data och reduk-tion/analys varierar mellan författare, och därför krävs noggrannhet för att göra kvalita-tiva jämförelser. I detta arbete utför jag numeriska simuleringar för att undersöka ISM-turbulens i olikagasfaser. Mina simuleringar modellerar jag en Vintergatan-liknande galax vid två olikarödförskutningar (användande gasfraktion som en proxy för rödförskutning) och med/utanfysik för stellär feedback, för att utvärdera dess påverkan. Jag utforskar förhållandetmellan stjärnbildningshastigheten och turbulensen, och undersöker vad som driver dettaförhållande. Dessutom analyserar jag Hα-emissionslinjen och jämför bidraget i intensitetoch linjebreddning (turbulens) från H II-regioner och DIG.

Hawking theorized in 1974 that black holes emit particles as a quantum effect. It follows from this fact that a black hole that emits particles while absorbing none ends up evaporating. The process of black hole evaporation studied from semiclassical gravity violates quantum mechanics leading to serious problems. This is the black hole information paradox, one of the most famous paradoxes in theoretical physics first pointed out by Hawking in 1975 and still unsolved today. Nowadays the widespread interpretation is that quantum mechanics cannot be violated and that the semiclassical gravity approach is not good enough. We need to go beyond semiclassical physics to understand this process. The paradox as originally stated by Hawking is that a pure state evolves into a mixed state, violating unitarity and losing information in the process. There is also an alternative way to state the paradox using the so-called Page curve, which involves working with entropies rather than states. In a unitary process, the entanglement entropy of the radiation will follow the Page curve. In 2019, it was shown explicitly using holographic tools that an evaporating black hole in an Anti-de Sitter spacetime follows the Page curve. Holography is a property of quantum gravity stating that a spatial region can be described by its area rather than its volume. These recent developments also involve the famous island rule as the formula that reproduces the Page curve. This master thesis reviews the current understanding of the paradox, exploring the original paradox as well as the recent developments in the field.

Ämnet astronomi upplevs ofta som svårt och abstrakt för de flesta människor och därför är det ett komplext ämne att undervisa om, i synnerhet för yngre elever. Det ställer höga krav på svenska lågstadielärares ämneskunskaper och även deras didaktiska kompetenser. Syftet med studien är att synliggöra vilka metoder lärare använder sig av i astronomiundervisningen för att gynna elevers förståelse för astronomiska fenomen och begrepp. Studiens forskningsfrågor lämpar sig väl för att få fördjupade beskrivningar av hur dessa lärare undervisar i astronomi och vilka utmaningar de anser finns i astronomiundervisningen. Därav användes semi-strukturerade intervjuer och totalt deltog fem lärare i studien. Den tematiska analys som tillämpats i studien framhäver tre teman som svarar på forskningsfråga ett, olika metoder: modellering, sång och rörelse samt ämnesövergripande arbete. Samtliga lärare använde sig av dessa metoder och undervisar varierande-och konkretiserande i astronomiämnet samt att det teoretiska måste kombineras med det praktiska innehållet. Vidare ledde analysen till fyra teman som svarar på forskningsfråga två: lärarutbildningens brister, lära ut det abstrakta, förväntningar och tidens begränsningar. Lärarna beskrev en bristande utbildning som i sin tur ledde till sämre ämneskunskaper och sämre kvalité på astronomiundervisningen. Därav står lärare ensamma i sökandet efter ämneskunskaper och den senaste forskningen trots den enorma tidsbrist som redan florerar i skolan. Samtidigt måste lärarna leva upp till elevernas förväntningar på ämnet som ofta möter ämnet i skolan för en första gång med glädje. Det är av yttersta vikt att eleverna erbjuds en korrekt vetenskaplig utbildning vilket gör hela situationen komplex i och med att resultatet indikerar på att lärarna varken erbjuds undervisning inom lärarutbildningen eller någon vidareutbildning i den verksamma skolan de arbetar på. Studien bidrar med att synliggöra några metoder som lärare kan tillämpa i astronomiundervisningen och den effekt metoderna har på elevernas förståelse för astronomiska fenomen och begrepp. Vidare bidrar studien med didaktisk relevans för lärarutbildningens utformning och utveckling så att lärare kan uppnå den trygghet och kunskap som krävs för att undervisa i astronomi med en hög kvalité.

The IceCube Neutrino Observatory has sensitivity to MeV electron antineutrinos from core-collapse supernovae through an excess of the detection rate over the background. Wavelength-shifting sensors have the potential to greatly increase photon collection making it a promising candidate for improving the measurement of the supernova neutrino light curve in IceCube-Gen2. For high-energy neutrino reconstruction, the competing effect of increased photon collection and the broader time distribution necessitate detailed simulations to determine the impact. In this thesis, we investigate the sensitivity gain caused by wavelength shifters in a future IceCube-Gen2 detector regarding the detection of faint modulations of the supernova neutrino lightcurve. Furthermore, we lay the groundwork for a future high-energy reconstruction through the implementation and integration of wavelength-shifting sensors into the IceCube simulation framework.

This thesis investigates the use of the Swedish Allsky Meteor Network (SAMN) for observing, identifying, and determining the orbits of satellites. The overall goal of this project is to determine the feasibility of using such a network for Space Situational Awareness (SSA) purposes, which requires identification and monitoring of objects in orbit. This thesis is a collaboration with the Swedish Defense Research Agency (FOI) to support their efforts in SSA. Within the frame of this project, the author developed software that can take data of observations of an object collected from the all-sky cameras of SAMN and do an Initial Orbit Determination (IOD) of the object. An algorithm that improves the results of the IOD was developed and integrated into the software. The software can also identify the object if it is in a database that the program has access to or, if it could not be identified, make an approximate prediction of when and where the object will be visible again the next time it flies over. A program that analyses the stability of the results of the IOD was also developed. This measures the spread in results of the IOD when a small amount of artificial noise is added to one or more of the observed coordinates in the sky. It was found that using multiple cameras at different locations greatly improves the stability of the solutions. Gauss' method was used for doing the IODs. The advantages and disadvantages of using this method are discussed, and ultimately other methods, such as the Gooding method or Double R iteration, are recommended for future works. This is mostly because Gauss' method has a singularity when all three lines of sight from observer to object lie in the same plane, which makes the results unreliable. The software was tested on a number of observations, both synthetic and real, and the results were compared against known data from public databases. It was found that these techniques can, with some changes, be used for doing IOD and satellite identification, but that doing very accurate position determination required for full orbit determination is not feasible. / Detta examensarbete undersöker möjligheterna att använda ett svenskt nätverk av allskykameror kallat SAMN (Swedish Allsky Meteor Network) för att observera, identifiera och banbestämma satelliter. Det övergripande målet med detta projekt är att bestämma hur användbart ett sådant nätverk skulle vara för att skapa en rymdlägesbild, vilken i sin tur kräver bevakning och identifikation av objekt som ligger i omloppsbana. Detta examensarbete är ett samarbete mellan Uppsala Universitet och FOI (Totalförsvarets Forskningsinstitut). Inom ramen för detta projekt har författaren utvecklat mjukvara som kan ta data från observationer av objekt utförda av SAMN och göra initiala banbestämningar av objekten. En algoritm som förbättrar resultaten av den initiala banbestämningen utvecklades och integrerades i programmen. Programmen kan också identifiera satelliter om de finns med i en databas som programmet har tillgång till eller förutsäga objektets nästa passage över observatören om det inte kunde identifieras. Ett annat program som analyserar känsligheten av resultaten av den initiala banbestämningen utvecklades också. Detta program mäter spridningen i resultat som orsakas av små störningar i de observerade koordinaterna på himlen. Det framkom att stabiliteten av resultaten kan förbättras avsevärt genom att använda flera observatörer på olika orter. I detta projekt användes Gauss metod för att göra banbestämningarna. Metodens för- och nackdelar diskuteras och i slutänden rekommenderas istället andra metoder, som Goodings metod eller Dubbel R-iteration, för framtida arbeten. Detta beror mest på att Gauss metod innehåller en singularitet när alla siktlinjer från observatören till objektet ligger i samma plan som varandra vilket gör resultaten opålitliga i de fallen. Programmen testkördes på ett antal olika observationer, både artificiella och verkliga, och resultaten jämfördes med kända positioner. Slutsatsen av arbetet är att de undersökta teknikerna kan, med vissa modifikationer, användas för att göra initiala banbestämningar och satellitidentifikationer, men att göra de väldigt precisa positionsbestämningarna som krävs för fullständig banbestämning är inte genomförbart.

We introduce slow-roll inflation in string theory on both a conceptual level and a detailed one. In order to do this we first briefly review important concepts of inflation and string theory. We then reconstruct models of string inflation in the so-called Racetrack scenario for two different cases where the difference being the number of Kähler moduli used as inflaton. Furthermore, we briefly relate our results to the more recent discussion on whether AdS/dS solutions actually exist in string theory. In this instance our results seem to indicate that uplifting is a crucial component to obtain AdS/dS solutions.

This thesis describes the cross-matching software solution lying at thecore of the computational infrastructure for the VASCO project. The VASCO project has a goal to mine historical all-sky surveys to find astronomical anomalies. It aims to give new clues to either SETI research or in theoretical astrophysics, and serves as a starting point for observational followup and/or new theoretical developments. Cross-matching throughout the thesis refers to comparing billions of astronomical objects recorded in the historical USNO and PanSTARRS allskysurveys. This thesis describes how to approach this huge computational challenge using methods of big data and cloud computing. The techniques described in this thesis resulted in a list of about 400 thousand objects which are usable in further analysis in the machine learning tool called ML-Blink.