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This work is focused on the search for intermediate-mass black holes (IMBHs) in the centers of globular clusters. It has been demonstrated that supermassive black holes (SMBHs) at the centers of galaxies show a tight correlation between their mass (M•) and the velocity dispersion (σ) of the galaxy. Investigating this M• − σ and similar correlations is crucial to constrain scenarios of galaxy formation and evolution. If they formed by runaway collisions of massive stars in young and dense stellar clusters, IMBHs could still be present in the centers of globular clusters, today. We measured the inner kinematic profiles for a sample of 9 galactic globular clusters using integral-field spectroscopy and combined them with existing outer kinematics and photom- etry obtained form HST archive images. In order to constrain the mass of a possible black hole we applied analytical Jeans models in combinations with varying M/LV profiles to each of the clusters. The results of these fits range from strong hints towards an IMBH (e.g. NGC 6388) to globular clusters which do not show any indications of a rising velocity dis- persion profile in their center (e.g. NGC 2808). Furthermore, the discovery of two high velocity stars in NGC 2808 opened another opportunity to study the internal kinematics of this particular cluster and indicates a high number of stellar-mass black holes in NGC 2808. We finally combined our results with measurements from the literature and investigated known scaling relations for SMBHs in galaxies (e.g. M• − σ) at the low-mass end by plac- ing the results and upper limits of IMBH measurements on these correlations. We found that IMBHs follow similar, but more shallow correlations of their mass and the properties of their host systems. This might be caused with the severe mass-loss the cluster suffers during its life time. In addition we ran numerical N-body simulations and compared globular clusters with dif- ferent black-hole retention fractions, IMBH masses and binary fractions. We found that IMBHs lead to a higher ejection rate of massive stars so that clusters with less depleted mass functions might therefore be good candidates to host IMBHs at their centers. In the future more N-body simulations will be performed in order to reproduce our observations in a more sophisticated way and perform crucial tests to our observing and analysis methods. The search for IMBHs requires both high spatial and spectral resolution and will remain at the edge of feasibility. However, it is crucial to continue the investigations in order to shed light on black-hole formation and growth. / Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Suche nach mittelschweren Schwarzen Löch- ern in Kugelsternhaufen. In den letzten Jahren gab es bei zahlreichen Beobachtungen von supermassiven schwarzen Löchern Hinweise auf einen engen Zusammenhang zwis- chen ihren Massen (M•) und den charakteristischen Eigenschaften der Galaxien (z.B. Geschwindigkeitsdispersion σ ). Die Betrachtung dieser Zusammenhänge trägt erheblich dazu bei, Bildung und Entwicklung massiver Schwarzer Löcher zu verstehen. Die Er- forschung masseärmerer Schwarzer Löcher hat dabei eine zunehmende Bedeutung erlangt, um die Gültigkeit der für supermassive Schwarze Löcher entdeckten Zusammenhänge an ihnen zu testen. Desweiteren gelten sie als hervoragende Kandidaten als sogenannte Keime für den Wachstum supermassiver Schwarzer Löcher zu fungieren und das Rätsel ihrer rapider Massenzunahme zu lösen. In den dieser Arbeit zugrunde liegenden Beobachtungen wurden kinematische Profile von neun galaktischen Kugelsternhaufen untersucht. Dabei wurde die integral-field spectroscopy verwendet, die zu den modernsten spektroskopischen Techniken gehört. Darüber hinaus vereinten wir photometrische Profile dieser Kugelsternhaufen, die mit den Hubble Space Telescope aufgenommen wurden, mit den spektroskopischen Aufnahmen und verglichen die Ergebnisse mit analytischen Modellen. Durch dieses Vorgehen wurde es möglich, für je- den Kugelsternhaufen die Masse oder die Obergrenze der Masse des zentralen Schwarzen Loches zu bestimmen. Steigt das kinematische Profil zum Zentrum des Haufens stärker an als aufgrund des photometrischen Profis zu erwarten wäre, so weist dies auf ein dunkles Objekt im Zentrum hin - ein Schwarzes Loch. Im Ergebnis zeigt sich, dass es sowohl Kugel- sternhaufen mit starken Anzeichen für ein zentrales Schwarzes Loch (wie zum Beispiel NGC 6388) als auch Kugelsternhaufen mit sehr flachem Profil (NGC 2808) und damit kaum Anzeichen für zusätzliche Masse im Zentrum des Haufens gibt. Schließlich haben wir die Ergebnisse unserer Messungen mit Werten aus der Literatur zur M• − σ - Relation superschwerer Schwarzer Löcher verglichen. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass mit- telschwere Schwarze Löcher eine ähnliche, allerdings flachere Korrelation aufweisen. Diese Abflachung könnte ihre Ursache im starken Masseverlust der Kugelsternhaufen während ihrer Lebensdauer haben. Neben den Beobachtungen wurden sogenannte N-Körper Simulationen durchgeführt. Sie ermöglichen einen tiefen Einblick in die internen dynamischen Prozesse in Kugelsternhaufen. Sie geben Hinweise auf mögliche Fehlerquellen bei unseren Beobachtungsmethoden und bieten einen Vergleich zu den erhobenen Daten. Die Zukunft der Erforschung mittelschwerer Schwarzer Löcher liegt in der Entwicklung im- mer hochauflösender und sensiblerer Instrumente, die es ermöglichen, noch weiter entfernte Objekte auf Schwarze Löcher zu untersuchen.

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Aachen, Techn. Hochsch., Thesis (doctoral), 2001.

Der Ursprung und die Entwicklung unseres Universums zeigt sich gleichermaßen in der Raumzeit selbst wie in den Strukturen, die in ihr entstehen. Galaxienhaufen sind das Ergebnis hierarchischer Strukturbildung. Sie sind die massivsten Objekte, die sich im heutigen Universum bilden konnten. Aufgrund dieser Eigenschaft ist ihre Anzahl und Struktur hochgradig abhängig von der Zusammensetzung und Evolution des Universums. Die Messung der Anzahldichte von Galaxienhaufen beruht auf Katalogen, die nach einer beobachtbaren Größe ausgewählt werden. Die Anwendung einer Massen-Observablen-Relation (MOR) erlaubt es, die beobachtete Anzahl als Funktion der Observablen und der Rotverschiebung mit Vorhersagen zu vergleichen und so kosmologische Parameter zu bestimmen. Man kann jedoch zu Recht behaupten, dass diese Messungen noch nicht präzise im Prozentbereich sind. Hauptgrund hierfür ist das unvollständige Verständnis der MOR. Ihre Normalisierung, die Skalierung der Observablen mit Masse und Rotverschiebung und die Größe und Korrelation von intrinsischen Streuungen muss bekannt sein, um Anzahldichten korrekt interpretieren zu können. Die Massenbestimmung von Galaxienhaufen durch die differenzielle Lichtablenkung in ihrem Gravitationsfeld, i.e. durch den so genannten schwachen Gravitationslinseneffekt (weak lensing), kann erheblich hierzu beitragen. In dieser Arbeit werden neue Methoden und Ergebnisse solcher Untersuchungen vorgestellt. Zu ersteren gehören, als Teil der Datenaufbereitung, (i) die Korrektur von CCD-Bildern für nichtlineare Effekte durch die elektrischen Felder der angesammelten Ladungen (Kapitel 2) und (ii) eine Methode zur Maskierung von Artefakten in überlappenden Aufnahmen eines Himmelsbereichs durch Vergleich mit dem Median-Bild (Kapitel 3). Schließlich ist (iii) eine Methode zur Selektion von Hintergrundgalaxien, basierend auf deren Farbe und scheinbarer Magnitude, die eine neue Korrektur für die Kontamination durch Mitglieder des Galaxienhaufens einschließt, im Abschnitt 5.3.1 beschrieben. Die wissenschaftlichen Hauptergebnisse sind die folgenden. (i) Für den Hubble Frontier Field-Haufen RXC J2248.7-4431 bestimmen wir Masse und Konzentration mittels weak lensing und bestätigen die durch Röntgen- und Sunyaev-Zel'dovich-Beobachtungen (SZ) vorhergesagte große Masse. Die Untersuchung von Haufengalaxien zeigt die Abhängigkeit von Morphologie und Leuchtkraft sowie Umgebung (Kapitel 4). (ii) Unsere Massenbestimmung für 12 Galaxienhaufen ist konsistent mit Röntgenmassen, die unter Annahme hydrostatischen Gleichgewichts des heißen Gases gemacht wurden. Wir bestätigen die MOR, die für die Signifikanz der Detektion mit dem South Pole Telescope bestimmt wurde. Wir finden jedoch Diskrepanzen zur Planck-SZ MOR. Unsere Vermutung ist, dass diese mit einer flacheren Steigung der MOR oder einem größen-, rotverschiebungs- oder rauschabhängigen Problem in der Signalextraktion zusammenhängt (Kapitel 5). (iii) Schließlich zeigen wir, durch die Verbindung von Simulationen und theoretischer Modellierung, dass die Variation von Dichteprofilen bei fester Masse signifikant zur Ungenauigkeit von Massenbestimmungen von Galaxienhaufen mittels weak lensing beiträgt. Ein Modell für diese Variationen, wie das hier entwickelte, ist daher wichtig für die genaue Bestimmung der MOR, wie sie für kommende Untersuchungen nötig sein wird (Kapitel 6). / The story of the origin and evolution of our Universe is told, equivalently, by space-time itself and by the structures that grow inside of it. Clusters of galaxies are the frontier of bottom-up structure formation. They are the most massive objects to have collapsed at the present epoch. By that virtue, their abundance and structural parameters are highly sensitive to the composition and evolution of the Universe. The most common probe of cluster cosmology, abundance, uses samples of clusters selected by some observable. Applying a mass-observable relation (MOR), cosmological parameters can be constrained by comparing the sample to predicted cluster abundances as a function of observable and redshift. Arguably, however, cluster probes have not yet entered the era of per cent level precision cosmology. The primary reason for this is our imperfect understanding of the MORs. The overall normalization, the slope of mass vs. observable, the redshift evolution, and the degree and correlation of intrinsic scatters of observables at fixed mass have to be constrained for interpreting abundances correctly. Mass measurement of clusters by means of the differential deflection of light from background sources in their gravitational field, i.e. weak lensing, is a powerful approach for achieving this. This thesis presents new methods for and scientific results of weak lensing measurements of clusters of galaxies. The former include, on the data reduction side, (i) the correction of CCD images for non-linear effects due to the electric fields of accumulated charges (Chapter 2) and (ii) a method for masking artifact features in sets of overlapping images of the sky by comparison to the median image (Chapter 3). Also, (iii) I develop a method for the selection of background galaxy samples based on their color and apparent magnitude that includes a new correction for contamination with cluster member galaxies (Section 5.3.1). The main scientific results are the following. (i) For the Hubble Frontier Field cluster RXC J2248.7--4431 our lensing analysis constrains mass and concentration of the cluster halo and we confirm the large mass predicted by X-ray and Sunyaev-Zel'dovich (SZ) observations. The study of cluster members shows the relation of galaxy morphology to luminosity and environment (Chapter 4). (ii) Our lensing mass measurements for 12 clusters are consistent with X-ray masses derived under the assumption of hydrostatic equilibrium of the intra-cluster gas. We confirm the MORs derived by the South Pole Telescope collaboration for the detection significance of the cluster SZ signal in their survey. We find discrepancies, however, with the Planck SZ MOR. We hypothesize that these are related either to a shallower slope of the MOR or a size, redshift or noise dependent bias in SZ signal extraction (Chapter 5). (iii) Finally, using a combination of simulations and theoretical models for the variation of cluster profiles at fixed mass, we find that the latter is a significant contribution to the uncertainty of cluster lensing mass measurements. A cosmic variance model, such as the one we develop, is necessary for MOR constraints to be accurate at the level required for future surveys (Chapter 6).

Diese Arbeit stand im Zusammenhang mit der Entwicklung eines mobilen Laserfluorimeter zum Schadstoffnachweis in Wasser in Boden. Ziel der vorliegenden Arbeit war zum einen die Entwicklung eines Sensorkopfes (Optrode) für die Bodenanalytik, um das ursprünglich nur für die Wasseranalytik entwickeltes Laserfluorimeter auch auf dieses Einsatzgebiet zu erweitern. Zweitens wurden bestehende und neue Auswertemethoden für die Meßdaten (zeitaufgelöste Fluoreszenzspektren) untersucht und entwickelt. Auf Basis dieser Ergebnisse wurde ein meß- und Auswerteprogramm für dieses Laserspektrometer erstellt. Drittens wurde das System auf seine Labor- und Feldtauglichkeit untersucht und optimiert.

Die Entwicklung einer zunächst über einen weiten Bereich beschleunigten, dann verzögerten, inkompressiblen, dreidimensionalen, laminaren Grenzschicht (GS) unter dem Einfluß der Querströmungsinstabilität (QI) und ihr laminar-turbulenter Übergang wird experimentell untersucht. Die sich als Folge der QI aus den in der GS vorhandenen, stochastischen Störungen wie Anströmungsinhomogenitäten und Oberflächenrauhigkeiten, natürlich ausbildenden stationären und instationären Störungen werden unter Anwendung neu entwickelter, auf räumlichen Kohärenzuntersuchungen mehrdrahtiger Hitzdrahtsonden beruhenden Meßmethoden, analysiert, dokumentiert und mit Ergebnissen aus Berechnungen auf der Basis linearer Stabilitätsanalysen verglichen.

Die von der Querströmungsinstabilität dominierten Mechanismen der laminar-turbulenten Transition in dreidimensionalen, beschleu- nigten Grenzschichtströmungen werden mit stabilitätstheoretischen Methoden untersucht. Die Untersuchungen basieren auf dem DLR- Prinzipexperiment "Schiebende Platte", bei dem stationäre und laufende Querströmungsmoden gezielt angeregt werden können. In nichtlinearen Instabilitätsanalysen mit Hilfe der parabolisierten Stabilitätsgleichungen (PSE) zeigt sich, dass weder für laufende Querströmungswellen noch für stationäre Querströmungswirbel einheitliche Sättigungsamplituden ex- istieren. Dies wird mit Hilfe eines räumlichen Bifurkationsmodells erklärt- für die durch die primären Störungen verformte Grundströmung werden dann mittels floquet- Theorie zeitliche sekundäre Instabilitätsanalysen durchgeführt. Dabei werden hochfrequente sekundäre Störungen mit hohen Anfachungsraten gefunden. Die Lage dieser Störungen korreliert gut mit Gebieten großer Scherung im primär gestörten Strömungsfeld, vor allem auf dem Rücken der primären Querströmungswirbel.

In dieser Arbeit wurden mittels Mikro-Photolumineszenz umfassende Charakterisierungen an einer InP/GaInP-Probe vorgenommen und darauf basierend ein Modell für die Besetzung und die Wechselwirkung der verschiedenen Ladungsträgerzustände der InP-Schicht aufgestellt, das die Beobachtungen schlüssig beschreibt. Aufbauend auf allgemeinen Fakten des Stranski-Krastanov-Wachstums, AFM-Messungen und Photolumineszenspektren läßt sich die Struktur durch zwei Klassen von InP-Ausscheidungen beschreiben, die im weiteren Verlauf der Arbeit betrachtet wurden. Dies sind (i) selbstorganisierte Pyramidenstümpfe und (ii) InP-Scheibchen ...

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