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Micro-arcsecond astrometry of exoplanet host stars and starburst clusters

Kudryavtseva, Natalia Sergeevna

German Title: Mikrobogensekundenastrometrie der Heimatsterne extrasolarer Planeten und Starburst-Sternhaufen

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Abstract

Seit Erscheinen der ersten Sternenkataloge hat sich die astrometrische Genauigkeit von Positionsmessungen enorm gesteigert. In meiner Arbeit benutze ich die astrometrischen Techniken, um Starburst Cluster zu untersuchen und diskutiere wie diese unser Wissen über Exoplaneten in Zukunft vergrößern werden.

Im ersten Teil dieser Arbeit diskutiere ich die beiden galaktischen Starburst Cluster Westerlund 1 (Wd 1) und NGC 3603 YC, welche zu den massereichsten jungen Sternhaufen in unserer Galaxie zählen. Mithilfe einer astrometrischen sowie photometrischen Analyse der Beobachtungen dieser Cluster mittels adaptiver Optik sowie dem Hubble Space Teleskop untersuche ich auf welchen Zeitskalen sich diese Cluster gebildet haben. Als eine obere Grenze für die Altersunterschiede der Sterne finde ich 0.4 Mio Jahre für den 4 bis 5 Mio Jahre alten Sternhaufen Wd 1 und 0.1 Mio Jahre für den 1 bis 2 Mio Jahre alten NGC 3603 YC. Demzufolge erfolgte in beiden Sternhaufen die Sternentstehung nahezu instantan.

Der zweite Teil dieser Arbeit behandelt die kinematischen Eigenschaften wie auch die ursprüngliche Massenverteilung (IMF) der Sterne in Wd 1. Eine astrometrische Analyse von Aufnahmen mehrerer Epochen im nahen Infrarot wurde hierbei vorgenommen, um Haufenmitglieder von Feldsternen zu unterscheiden. Dadurch konnte eine zuverlässige Geschwindigkeitsverteilung der Sterne bestimmt werden sowie eine IMF Steigung für den Kern des Sternhaufens (R < 0.23 pc) von Gamma = -0.46.

Der letzte Teil meiner Arbeit beschäftigt sich mit den Erfolgsaussichten der Planetensuche mit GRAVITY. GRAVITY, ein Instrument der zweiten Generation für das Very Large Telescope Interferometer, soll relative Astrometrie von 10 μas erreichen. Hier diskutiere ich die Entdeckung und Charakterisierung von Exoplaneten bis hinunter zu einigen Erdmassen, ermöglicht durch die hohe Empfindlichkeit von GRAVITY. Weiterhin erstelle ich eine erste Quellenliste.

Translation of abstract (English)

Since the first star catalogues tremendous progress in the astrometric accuracy of positional observations has been achieved. In this thesis, I show how beneficial astrometric techniques are already today for the study of starburst clusters, and how astrometry will fundamentally improve our knowledge on exoplanets in the near future. I first study two galactic starburst clusters, Westerlund 1 (Wd 1) and NGC 3603 YC, which are among the most massive young clusters in our Galaxy. I perform astrometric and photometric analyses of adaptive optics and Hubble Space Telescope observations of these clusters in order to understand on which time-scales these clusters formed. As a result, I derive upper limits for the age spreads of 0.4 Myr for the 4 to 5 Myr old cluster Wd 1, and 0.1 Myr for the 1 to 2 Myr old NGC 3603 YC. Thus, the star formation process in each of these clusters happened almost instantaneously.

The second part of this thesis deals with the dynamical properties and the initial mass function (IMF) of Wd 1. Astrometric analysis of multi-epoch, near-infrared adaptive optics observations of Wd 1 was used to distinguish the cluster's members from field stars. This lead to an unbiased determination of the internal velocity dispersion of the cluster, and an IMF slope of Gamma = -0.46 for the core of the cluster (R < 0.23 pc).

The final part of this thesis is devoted to the future prospects of detecting exoplanets with the GRAVITY instrument. The second-generation Very Large Telescope Interferometer instrument GRAVITY aims at achieving 10 μas accuracy. Here, I discuss the possibilities of detecting and characterizing exoplanets with masses down to a few Earth masses with the high sensitivity provided by GRAVITY, in addition to providing an initial target list.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Brandner, Dr. Wolfgang
Date of thesis defense: 15. October 2012
Date Deposited: 02. Nov 2012 10:02
Date: 6. August 2012
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Astrometrie, Sternhaufen, Extrasolarer Planet, Heidelberg / Max-Planck-Institut für Astronomie
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