Viele akkretierende Neutronensterne haben Magnetfelder mit Stärken im Bereich von 10¹²G (10⁷T), und damit Größenordnungen stärker als die Magnetfelder, die im Labor auf der Erde erzeugt werden können. Bei diesen Stärken wird die Bewegung von Elektronen um das Magnetfeld herum in sogenannte Landau-Niveaus quantisiert. Die kinetische Energie der Elektronen um die Magnetfeldlinie herum kann daher nur diskrete Werte annehmen. Wechselwirken Photonen mit diesen Elektronen, dann können sie einen Teil ihrer Energie an die Elektronen abgeben. Ähnlich wie bei Atomen entstehen so Absorptionslinien, sogenannte Zyklotronlinien, in den beobachtbaren Röntgenspektren. Zyklotronlinien haben ein sehr großes diagnostisches Potential. So kann aus Beobachtungen die Struktur der Akkretionssäule am Pol untersucht werden, in der das akkretierte Material von eine Geschwindigkeit von 0.1c bis 0.2c plötzlich auf 0m s^-1 abgebremst wird. Ferner helfen Untersuchungen von Zyklotronlinien natürlich, das Verhalten von Material in extrem starken Magnetfeldern zu untersuchen.

Die Beobachtung und Interpretation solcher Linien ist eines der Forschungsgebiete in der Röntgengruppe, daher steht eine sehr große Menge an Beobachtungsmaterial zur Verfügung, das nach verschiedenen Gesichtspunkten in verschiedenen Diplom- oder Staatsexamensarbeiten ausgewertet und interpretiert werden soll:

Zyklotronlinien: Beobachtungen

• Variabilität der Zyklotronlinie mit der Pulsphase: Über die Rotation eines Neutronensterns ändert sich unsere Blickrichtung auf die Region, in der die Zyklotronlinie entsteht. Daher ändern sich die Eigenschaften der Linie (Energie, Breite, Tiefe usw.). Dieses Verhalten soll an Beobachtungen der Zyklotronlinie, die wir mit dem japanischen Satelliten Suzaku von dem Neutronensternsystem 4U1907+09 gewonnen haben, genauer untersucht werden.
• Energieabhängigkeit der Zyklotronlinie mit der Leuchtkraft: Ändert sich die Menge an Material, das auf den magnetischen Pol des Neutronensterns fällt, dann ändert sich auch die Höhe der Akkretionssäule und damit das Magnetfeld, in dem die beobachtete Strahlung entsteht. Durch Beobachtung der Lage der Zyklotronlinie als Funktion der Massenakkretionsrate kann die Entwicklung der Akkretionssäule mit der Akkretionsrate untersucht werden. Für eine Diplom- oder Staatsexamensarbeit über dieses Thema liegen Daten des amerikanischen Rossi X-ray Timing von einem Ausbruch des Neutronensterns V0332+53 vor.

Zyklotronlinien: Theorie

Zur Berechnung der Bildung der Zyklotronlinien wurde von uns im Rahmen der Dissertation von Gabriele Schönherr ein auf Monte Carlo Simulationen basierendes numerisches Modell entwickelt. Im Gegensatz zu allen anderen Ansätzen kann mit diesem Modell die Linienform der Zykotronlinie exakt ausgerechnet werden. Dabei spielen sehr interessante physikalische Effekte eine große Rolle. Um dieses Modell weiterzuentwickeln und zu testen, stehen zwei Diplomarbeitsthemen zur Auswahl:

• In einer Diplomarbeit sollen Messungen von Zyklotronlinien verschiedener Quellen mit den Ergebnissen des theoretischen Modells direkt verglichen werden: Was sind die physikalischen Parameter des emittierenden Plasmas? Was sind die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der bestimmten Parameter bei verschiedenen Quellen? Was sind die Grenzen bei der Beschreibung der Meßdaten durch das numerische Modell?
• Bisher ist das Modell auf Berechnung von Linien, die in einem homogenen Plasma mit konstanter Dichte und konstantem Magnetfeld entstehen, beschränkt. Die Natur ist aber komplizierter: Akkretionssäulen sind wahrscheinlich ausgedehnt und können mehrere km hoch werden. Bei solchen Größen kann die Änderung des Magnetfeldes mit dem Abstand vom Neutronenstern einen Einfluß auf die beobachtbare Zyklotronlinie erzeugen. In dieser Diplomarbeit soll der existierende Monte Carlo Code auf Magnetfeldgradienten erweitert werden. In Rechnungen auf den Clustern des RRZE sollen dann Parameterstudien über den Einfluß des Gradienten auf die Linienform betrieben werden und diese mit Meßdaten verglichen werden.

Eigene Vorschläge?

Ist unter den obigen Themen nichts dabei, was Sie interessiert? Macht nichts - erstens gibt es noch Vorschläge aus anderen Themenbereichen und zum andern sind eigene Vorschläge natürlich immer erwünscht! Email oder Anruf genügt.

Allgemeines

Diplom- oder Staatsexamensarbeiten können sowohl mit Arbeitsplatz in Bamberg oder Erlangen durchgeführt werden. Im letzteren Fall ist es aber erwünscht, daß Studierende zumindest einmal pro Woche auch einen Tag an der Remeis-Sternwarte verbringen, damit der Kontakt mit den anderen Gruppenmitgliedern gewährleistet ist (ich verbringe typischerweise zwei Tage die Woche in Erlangen, so daß dies auch eine ausreichende Betreuung sicherstellt).

Gerne unterhalte ich mich natürlich auch mit Ihnen persönlich. Für eine erste Kontaktaufnahme sprechen Sie mich einfach an oder schicken eine Email.