German Title: Über die Verwendung von Gaia für astrometrisches Microlensing

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Abstract

Astrometric microlensing is a unique tool to directly determine the mass of an individual star(“lens”). By measuring the astrometric shift of a background source in combination with precise predictions of its unlensed position as well as of the lens position, it is possible to determine the mass of the lens with an uncertainty of a few per cent. In this thesis, the prediction of such astrometric microlensing events using the second data release of Gaia is presented, and the possibility of measuring the deflection of these events with Gaia is discussed. In the first part, it was possible to predict 3914 microlensing events between 2010 and 2065 with an expected astrometric shift larger than 0.1 mas. Of these events, 640 have a date of the closest approach between 2020 and 2030. Furthermore, 127 events could be found, which might lead to a photometric magnification larger than 1 mmag. Since the typical timescales of these events are of the order of a few months to years, it might be possible for Gaia to detect the deflections, and to determinethe masses of the lenses. This is investigated in the second part of this thesis. For that purpose, the individual Gaia measurements for 501 events during the Gaia era (2014.5 - 2024.5) were simulated. It is shown that Gaia can detect the astrometric deflection for 114 events by simultaneously fitting the motions of lens and source stars. Furthermore, for 13 and for 34 events Gaia can determine the mass of the lens with a precision better than 15% and 30%, respectively. The results presented in this thesis allow the optimal selection of targets for future observational campaigns.

Translation of abstract (German)

Der astrometrische Mikrolinseneffekt bietet eine einzigartig Möglichkeit, die Masse eines einzelnen Sterns ("Linse") direkt zu bestimmen. Durch die genaue Messung der astrometrischen Verschiebung eines gelinsten Hintergrundsterns ("Quelle") und die präzise Voraussage sowohl der ungelinsten Position der Quelle als auch der Position der Linse ist es möglich, die Masse der Linse auf wenige Prozent genau zu bestimmen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Vorhersage solcher astrometrischen Mikrolinsen-Ereignisse anhand der zweiten Datenveröffentlichung der Gaia-Raumsonde. Des Weiteren wird diskutiert, ob es für Gaia möglich ist, die Verschiebung der Quelle zu messen und so die Masse der Linse zu bestimmen. Im ersten Teil gelang es, 3914 Ereignisse im Zeitraum 2010 bis 2065 vorherzusagen, für die eine Verschiebung von mehr als 0,1 mas zu erwarten ist. 640 dieser Ereignisse werden ihre größte Annäherung zwischen 2020 und 2030 erreichen. Zudem konnten 127 Ereignisse gefunden werden, für die eine photometrische Verstärkung von mehr als 1 mmag möglich ist. Da die typische Zeitskala dieser Ereignisse mehrere Monate bis Jahre beträgt, könnte die astrometrische Verschiebung auch durch Gaia gemessen werden. Um zu überprüfen, wie gut Gaia in der Lage ist, die Massen der Linsen zu bestimmen, wurden im zweiten Teil dieser Arbeit für 501 Ereignisse, die während der Gaia-Mission (2014,5 - 2024,5) erwartet werden, die einzelnen Gaia-Messungen simuliert.Durch das gleichzeitige Fitten der Bewegung von Linse und Quelle konnte gezeigt werden, dass Gaia für 114 Ereignisse eine Verschiebung bestimmen kann. Des Weiteren kann Gaia für 13 bzw. 34 Ereignisse die Masse der Linse mit einer Genauigkeit besser als 15% bzw. 30% bestimmen. Die in dieser Arbeit präsentierten Ergebnisse ermöglichen eine optimierte Planung für weitere astrometrische Beobachtungen.