Master Thesis Proposals Space Sciences

Master Thesis Proposals
2016-2017
Space Sciences
Faculty of Sciences
Liège University
Table of content
1. Application of a new image-processing algorithm to direct exoplanet imaging with
VLT and Keck.
p.3
2. Development of wavefront sensing techniques for future E-ELT high contrast
imaging instruments.
p.4
3. Photometry and search for timing variations of exoplanet transits.
p.5
4. Etude de l’eau sur Mars dans le cadre de la mission ExoMars.
p.6
5. Rotation de Mars à partir de mesures de radioscience SBI (Same Beam
Interferometry).
6. The thermal evolution of Mars: From interior to atmosphere.
p.7
p.8
7. Caractérisation de plusieurs essaims de météores au moyen du réseau radio
BRAMS.
p.9
8. Mise au point d'un programme de détection automatique des objets du système
solaire dans les images du télescope TRAPPIST.
p.10
9. Etude de la composition chimique de l'atmosphère de quelques comètes à l'aide des
télescopes TRAPPIST.
p.11
10. Modeling spectral-line profiles issued from the wind collision region present in
massive binary stars.
p.12
11. X-ray emission from evolved massive stars.
p.13
12. Line profile variability in peculiar massive stars.
p.14
13. The flaring activity of pre-main sequence stars in very young open clusters.
14. Photometric and spectroscopic studies of an Algol binary.
p.15
p.16
15. Une nouvelle méthode de sondage sismique des étoiles de type solaire.
p.17
16. Modeling ext Treme horizontal branch stars by asteroseismology.
p.18
17. Interferometric measurement of the Solar angular diameter : a possible mission for a
Cubesat.
p.19
18. Investigation of laboratory processes and methods of astrochemical relevance –
Prospects for the development of the payload of a space platform.
p.20
19. Algorithme de correction de lumière parasite dans un système optique à grand
champ
p.21
20. Evaluation de techniques de modification de FOV et de longueur focal d’un
collimateur
21. Modélisation matlab d’un instrument d’observation de la terre
p.22
p.23
Application of a new image-processing algorithm
to direct exoplanet imaging with VLT and Keck
Contact person : O. Absil, M. Reggiani, C. Gomez Gonzalez
e-mail : [email protected] ; [email protected] ; [email protected]
Tel : 04 366 97 24
Office: B5c +2/19
Availability: any day from April 21st to May 3rd (please contact us to agree on a time slot)
Thematics : Planetology and planetary systems; Instrumentation and methods
Description:
Direct imaging is one of the techniques used for the detection of exoplanets. It consists of the direct observation of the
light coming from a planet orbiting a star. This method is very challenging because planets are much fainter than the
parent stars and are thus lost in the starlight glare, and because of the image degradation caused by the Earth’s
atmospheric turbulence, which makes it difficult to detect faint point sources close to the star. To disentangle the
photons coming from the planet and the star, it is necessary to correct for atmospheric distortions (using adaptive
optics), suppress the light of the star (using a coronagraph) and adopt appropriate observing strategies and postprocessing algorithms.
In the VORTEX group (Absil et al. 2014, http://www.vortex.ulg.ac.be/), we are working on a coronagraph called the
vector vortex coronagraph, which was invented by a former ULg PhD student (Mawet et al. 2005) and can already be
found on several of the largest telescopes (Very Large Telescope, Large Binocular Telescope, Keck). At the same time,
we are developing new observing strategies such as Reference Star Differential Imaging (RDI, Mawet et al. 2012) and
data processing algorithms such as the local low-rank + sparse + gaussian noise decomposition (LLSG, Gomez
Gonzalez et al. 2016) to fully exploit the vector vortex coronagraph capabilities. Using our vortex coronagraphs and the
RDI observing strategy, we are currently carrying out a large survey to detect giant exoplanets around 250 young lowmass stars (M dwarfs) at Keck and the VLT (~60 targets already observed to date). The main goals of this survey are to
probe the existence and frequency of giant planets around low-mass stars and to investigate planet formation scenarios.
In this master thesis we propose to (i) combine RDI and LLSG to process some of the data from our low-mass stars
survey and determine the presence of planetary companions, (ii) define the sensitivity of the survey in terms of planet to
star contrast as a function of angular distance from the star, using RDI+LLSG. Through this project, the student will be
offered the possibility of working on state-of-the-art data sets and of becoming familiar with some of the newest image
processing algorithms.
References :
- Absil et al. 2014, Proceedings of the SPIE, Vol. 9148
- Mawet et al. 2005, The Astrophysical Journal, Vol. 633, 2
- Mawet et al. 2012, Proceedings of the SPIE, Vol. 8442
- Gomez Gonzalez et al. 2016, Astronomy & Astrophysics, Vol. 589, A54
Recommended master courses :
- SPAT0063-1 : Introduction to exoplanetology
- SPAT0067-1 : Atmospheric and adaptive optics
Development of wavefront sensing techniques
for future E-ELT high contrast imaging instruments
Contact person : O. Absil, E. Huby, A. Jolivet
e-mail : [email protected] ; [email protected] ; [email protected]
Tel : 04 366 97 24
Office: B5c +2/19 or B5a R/54
Availability: any day from April 21st to May 3rd (please contact us to agree on a time slot)
Thematics : Instrumentation and methods ; Planetology and planetary systems
Description:
The detection and characterization of exoplanets is one of the major science cases of the future European extremely
large telescope (E-ELT). This is a challenging goal since the planets are commonly faint and very close to their host
star. For that purpose, high contrast imaging techniques are required to disentangle the photons coming from the planet,
possibly drowned in the glaring light of the star. Coronagraphy consists of cancelling the light of the central star in order
to improve the imaging performance in terms of contrast, in particular in the region very close to the star, where the
potential planets reside. Many coronagraphic concepts exist, providing different advantages and drawbacks. In the
VORTEX group (Absil et al. 2014, http://www.vortex.ulg.ac.be/), we are working on a specific coronagraphic design
called the vector vortex coronagraph (VVC), which was invented by a former ULg PhD student (Mawet et al. 2005).
The VVC is currently one of the most promising techniques for high contrast imaging, which can already be found on
several of the largest telescopes (Very Large Telescope, Large Binocular Telescope, Keck). It is also included in the
baseline design of future high contrast imagers for the E-ELT.
With the aim of optimizing the performance of a VVC for the E-ELT, we have developed an optical test bench at
ULg/Hololab. The VORTEX Optical Demonstrator for Coronagraphic Applications (VODCA, Jolivet et al. 2014)
simulates a point-like source (distant star), the mirror of a telescope, and the VVC. There are two challenging aspects
that we aim to address with this Master’s project: (i) residual optical aberrations and (ii) complex aperture shapes (i.e.
centrally obscured by the shadow of the secondary mirror of the telescope). Optical aberrations in the VVC affect the
performance of the coronagraph. Optimal performance can only be achieved if these aberrations are measured and
corrected by a complementary system (wavefront sensor + deformable mirror). The student will take part in the
development and implementation of new (Huby et al. 2015) and/or existing (e.g. Singh et al. 2014) wavefront sensing
techniques. The task includes simulations, programming, as well as practical manipulations on the optical bench. The
second step of the proposed work will be to assess the compatibility of such techniques with aperture shapes more
complicated than a simple disk, in particular with a central obscuration, as it is the case on every ground-based
telescope.
References :
- Absil et al. 2014, Proceedings of the SPIE, Vol. 9148
- Mawet et al. 2005, The Astrophysical Journal, Vol. 633, 2
- Jolivet et al. 2014, Proceedings of the SPIE, Vol. 9151
- Huby et al. 2015, Astronomy & Astrophysics, Vol. 584, A74
- Singh et al. 2014, Publications of the Astronomical Society of Pacific, Vol. 126, 940
Recommended master courses :
- SPAT0063-1 : Introduction to exoplanetology
- SPAT0067-1 : Atmospheric and adaptive optics
- PHYS0124-1 : Instrumental optics I
- PHYS0125-3 : Instrumental optics II
Photometry and search for timing variations of exoplanet transits
Contact person: Michaël Gillon
Phone number: 04 366 9743
E-mail: [email protected]
Office: +1/10, Institute of Astrophysics and Géophysics, Building B5C, Sart-Tilman.
Availability: May 24 to 27, June all month
Thematics: astrophysics - exoplanetology
Description:
Among the hundreds of planets detected outside our solar system, those who periodically transit their stars play a major
role for our understanding of planetary systems. These are indeed the only exoplanets for which full characterization
(orbit, structure, atmosphere) is possible with current technology. The proposed work will be to analyze data obtained
for several transiting exoplanets by the Liege robotic telescope TRAPPIST, the objectives being to improve the
characterization of these planets and to look for possible transit timing variations due to gravitational perturbations from
other planets still to be detected. The student will also participate to the preparation of the observations.
Etude de l’eau sur Mars dans le cadre de la mission ExoMars.
Contact person : Veronique Dehant/Ozgur Karatekin/Emmanuelle Javaux
e-mail : [email protected]
Tel : 02 373 02 66 ou 0475 57 59 53
Office: Veronique Dehant et Ozgur Karatekin @ Observatoire royal de Belgiuqe
Emmanuelle Javaux @ Paléobiogéologie-Paléobotanique-Paléopalynologie (PPP)
Availability: sur rendez-vous
Thematics : Planetology and planetary systems
Description:
Récemment, les observations de la caméra HIRISE à bord de la sonde spatiale Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) ont
permis de fournir des preuves solides sur la présence intermittente d'eau liquide saturée en sel à la surface de la planète
Mars à l'heure actuelle. Les missions spatiales avaient déjà mis en évidence des traces d'eau (lits et deltas de rivières,
rigoles d’écoulements, ...) prouvant ainsi que l’eau liquide a coulé à la surface de la planète dans le passé lointain (avant
3.5 milliards d’années). La présence actuelle d'eau liquide suscite un vif intérêt étant donné qu'elle représente un critère
essentiel dans l'étude de l'habitabilité d'une planète. Les observations de MRO ont montré des coulées étroites et
sombres observées sur les pentes de Mars qui apparaissent et grandissent durant les saisons chaudes et disparaissent
pendant les saisons froides. La détection de sels hydratés suggère que ces écoulements seraient constitués de saumures
faites de chlorate et perchlorate de magnésium et de perchlorate de sodium. Les conditions actuelles de température et
de pression à la surface de Mars ne permettent pas à l'eau liquide pure de rester stable. Cependant, la présence de sel
permet de garder l'eau liquide jusqu'à -70°C.
Le nombre de missions spatiales à destination de la planète rouge est particulièrement important et le restera dans
les prochaines années ; en particulier, la mission ExoMars (lancement en 2016) sera constituée de la sonde Trace Gas
Orbiter (TGO) qui aura, entre autres, l'objectif d'identifier les gaz et isotopes présents sous forme de trace dans
l'atmosphère martienne. L’Observatoire Royal de Belgique (ORB) participe à cette mission et l’instrument belge
NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery), un spectromètre qui caractérisera la variation temporelle et la
répartition spatiale des gaz en trace et de la glace d'eau à la surface est développé à l’Institut d’Aéronomie Spatiale
(IASB), voisin et partenaire privilégié de l’ORB dans le cadre de cette recherche.
Le mémoire consiste à étudier la présence d'eau liquide salée dans le sous-sol martien et à la surface de Mars. Un
modèle de sous-sol incluant le transport de la vapeur d'eau est disponible à l'ORB. Ce modèle tient compte des phases
vapeur, glace et adsorbée. Dans un premier temps, le travail consistera à ajouter la phase liquide de l'eau au modèle. Ce
dernier sera ensuite utilisé localement aux endroits susceptibles d'abriter les conditions de température et de pression
nécessaires au maintien de l'eau liquide. La stabilité de l'eau sera en particulier étudiée en fonction des propriétés
thermiques du sol et de la présence de différents sels.
Rotation de Mars à partir de mesures de radioscience SBI (Same Beam
Interferometry).
Contact person : Veronique Dehant/Marie Yseboodt/Denis Grodent
e-mail : [email protected]
Tel : 02 373 02 66 ou 0475 57 59 53
Office: Veronique Dehant et Marie Yseboodt @ Observatoire royal de Belgiuqe
Denis Grodent @ Astrophysique, de Géophysique et d'Océanographie – laboratoire de physique atmosphérique
et planétaire
Availability: sur rendez-vous
Thematics : Planetology and planetary systems
Description:
La technique SBI (Same Beam Interferometry) peut fournir des mesures très précises de différence de distance de deux
engins spatiaux ou d'atterrisseurs. Il s'agit de suivre simultanément de manière cohérente deux ou plusieurs atterrisseurs
ayant des transpondeurs identiques à partir d'une seule antenne sur Terre. Les signaux radio émis sont relayés par les
atterrisseurs vers la station terrestre, où ils sont enregistrés puis combinés dans un mode interférométrique pour former
une mesure de phase différentielle. Vu que les milieux traversés par les deux signaux (par exemple le plasma
interplanétaire ou l'atmosphère de la Terre) sont les mêmes, ces sources d'erreur s'annulent en grande partie dans le cas
d'une mesure SBI.
Ces mesures permettront d'observer précisément les déformations de la surface de Mars dues aux marées ainsi que sa
rotation, ce qui ajoutera des contraintes précises sur l'intérieur de Mars (telles que l'état et la taille du noyau par
exemple) ainsi que sur les échanges de masse entre les calottes polaires et l'atmosphère.
Pour le travail proposé, des simulations seront réalisées pour quantifier l'apport de ce type de mesure sur notre
connaissance des paramètres de rotation et de marée. Des mesures sont générées puis utilisées pour extraire
l’information intéressante et voir quel niveau de précision est possible d'atteindre. Cela permet de tester différentes
configurations de mission et de voir laquelle est la plus propice à l’expérience. Il sera également demandé de tester de
nouvelles configurations telle que par exemple un atterrisseur se trouvant sur Mars, le deuxième se trouvant sur Phobos,
une des lunes de Mars.
Le logiciel employé a été développé à l'Observatoire Royal de Belgique dans le cas de mesures Doppler et SBI entre un
atterrisseur martien et la Terre. Le mouvement orbital de Phobos autour de Mars devra être rajouté au logiciel puis des
simulations devront être réalisées et analysées pour de nombreuses configurations, afin de voir quelle est la meilleure
stratégie de mission.
Ce travail peut mener à une publication scientifique.
The thermal evolution of Mars: From interior to atmosphere.
Contact person : Veronique Dehant/Lena Noack/Emmanuelle Javaux
e-mail : [email protected]
Tel : 02 373 02 66 ou 0475 57 59 53
Office: Veronique Dehant et Lena Noack @ Observatoire royal de Belgiuqe
Emmanuelle Javaux @ Paléobiogéologie-Paléobotanique-Paléopalynologie (PPP)
Availability: sur rendez-vous
Thematics : Planetology and planetary systems
Description:
The planet we know best, next to Earth, is our neighbour Mars. Several missions to the red planet have led to a good
knowledge of the present-day state of the planet, and up-coming missions like InSight and ExoMars will add to the
picture. The early evolution of Mars, on the other hand, poses a riddle. Mars had liquid water at its surface during long
periods in the first billions of years (known from surface features as canyons and hydrated minerals at the surface), for
which a dense atmosphere composed of greenhouse gases is required. The present-day atmosphere, however, cannot
support large amounts of liquid water at the surface.
A key to understanding the early evolution of Mars’ atmosphere is the build-up of the atmosphere (mainly by
outgassing of CO2), which is controlled by the interior. Mantle silicates behave like a convective fluid on geophysical
timescales and lead to partial melting in the shallow mantle, leading then to volcanic activity at the surface.
The master thesis project will focus on modelling the thermal evolution of the interior of Mars and the resulting
volcanic outgassing using the convection code CHIC that has been developed at the ROB. The code combines
computational fluid dynamics with high-pressure physical equation of states, and can trace local dehydration and
depletion in volatiles, which allows for a more accurate simulation of the interior dynamics and outgassing processes
than was possible in earlier studies that concentrated on the evolution of Mars and its atmosphere.
The master student should have experience in Fortran or another programming language. Besides French, English
is often used in the scientific team giving the student the opportunity to further advance his/her knowledge of English.
Caractérisation de plusieurs essaims de météores au moyen du réseau
radio BRAMS.
Contact person : Jehin Emmanuël & Hervé Lamy
e-mail : [email protected], [email protected]
Tel : (0)4 3669726
Office: B5c 1/9
Availability: please contact me
Thematics : Astrophysics (small bodies of the solar system)
Description:
BRAMS (Belgian RAdio Meteor Stations) est un réseau belge de détection radio des météores utilisant la technique du
« forward scattering » et développé par l’IASB. Le réseau est constitué d’un émetteur situé à Dourbes et de 25 stations
de réceptions identiques réparties sur le territoire belge (dont une sur le site de l’ULg). L’émetteur transmet un signal
continu (sans modulation) à une fréquence de 49.97 MHz qui peut être réfléchi temporairement par la traînée
d’électrons créée dans le sillage d’un météore traversant l’atmosphère, à des altitudes typiques de 80-120 km. Suivant
certaines conditions géométriques, le signal peut être détecté par une des stations de réception (on parle d’écho de
météore). Une station de réception observe typiquement 1500 à 2000 échos par jour. Bien que la majorité de ceux-ci
soient dû à des météores sporadiques, l’activité augmente fortement quand la terre croise l’orbite de certaines comètes
(essaim de météores), pendant une période allant de quelques heures à quelques jours. Ce projet consiste à étudier
l’activité de plusieurs essaims de météores au moyen de la station BRAMS située à Liège.
Le candidat devra se familiariser avec le réseau BRAMS, la méthode d’observation et l’acquisition des données. Il
obtiendra les courbes d’activité de plusieurs essaims de météores (Géminides, Perséides, Draconides, Lyrides) et les
corrigera au moyen d’une fonction d’observabilité (qui tient compte de la géométrie émetteur-récepteur, de la position
du radiant de l’essaim et de la limite de sensibilité de la chaine de réception). Les résultats seront comparés aux
observations optiques publiées dans la littérature. Il estimera ensuite la distribution de masse dans ces essaims. En fin de
projet, l’utilisation simultanée de données de plusieurs stations pourra être envisagée pour déterminer les trajectoires
individuelles et estimer les vitesses des objets.
Promoteurs : Emmanuel Jehin (ULg), Hervé Lamy (Institut d’Aéronomie Spatiale de Belgique, IASB, BRAMS leader)
Mise au point d'un programme de détection automatique des objets du
système solaire dans les images du télescope TRAPPIST
Contact person : Jehin Emmanuël
e-mail : [email protected]
Tel : (0)4 3669726
Office: B5c 1/9
Availability: please contact me
Thematics : Astrophysics (small bodies of the solar system)
Description:
Les télescopes TRAPPIST installés à l'observatoire de la Silla au Chili en 2010 et au Maroc prochainement (mai 2016)
par notre équipe sont dédiés à la recherche et l'étude d'exoplanètes en transit et à l'étude des petits corps du système
solaire (comètes et astéroïdes). Chaque nuit nous collectons des centaines d'images de quelques champs, à la fois en
utilisant des poses de courte et de longue durée. Dans ce travail nous proposons la mise au point d'un programme
permettant de détecter les objets du système solaire (qui se déplacent par rapport aux étoiles fixes).
Parmi ces objets se trouvent principalement des astéroïdes connus se déplaçant de plusieurs arcsecondes par heure mais
parfois aussi des objets encore non répertoriés grâce à la magnitude limite (Rc=21) atteinte par TRAPPIST lors des
longues poses.
Comme certains champs sont faits plusieurs nuits d'affilées et pendant de nombreuses heures, il est aussi possible de
trouver des objets qui se déplacent plus lentement comme les comètes et les objets transneptuniens lointains (moins de 1
arcseconde par heure).
Objectifs : dans un premier temps développer les stratégies de détection en fonction du type d'objets recherché et
réaliser un script permettant la détection automatique. Ensuite réaliser la mesure astrométrique et photométrique des
cibles et présenter les résultats dans le format du Minor Planet Center (MPC). Ensuite si le temps le permet,
identification
des
cibles
avec
les
catalogues.
Les outils utilisés seront notamment IRAF, SExtractor etc.
Des milliers de données sont déjà disponibles pour tester le programme. Le but final est d'intégrer ce programme dans le
pipeline de réduction de TRAPPIST.
http://www.orca.ulg.ac.be/TRAPPIST/Trappist_Main_Fr/Home.html
Promoteur : Emmanuel Jehin (ULg)
Etude de la composition chimique de l'atmosphère de quelques comètes à
l'aide des télescopes TRAPPIST
Contact person : Jehin Emmanuël
e-mail : [email protected]
Tel : (0)4 3669726
Office: B5c 1/9
Availability: please contact me
Thematics : Astrophysics (small bodies of the solar system)
Description:
Les comètes sont parmi les spécimens les mieux conservés de la nébuleuse solaire primitive. Ce statut d’astres fossiles
leur confère un rôle unique pour comprendre les origines du système solaire. Le succès de la mission spatiale Rosetta
est très important et est en train de changer nos connaissances sur les comètes. Mais elle montre que les observations
depuis sol sont aussi importantes: elles permettent de compléter les données in situ en obtenant des informations sur une
échelle plus grande, et pour un bien plus grand nombre de comètes, ce qui est nécessaire pour extrapoler les résultats à
l'ensemble de la population cométaire. Le lien entre la composition des comètes et leur histoire dynamique doit ainsi
toujours être clarifiée et une classification complète est toujours manquante.
Dans ce contexte, nous proposons l'observation et l'analyse de la coma de deux ou trois comètes brillantes avec le
réseau de télescopes TRAPPIST. Ces télescopes robotiques installés par notre équipe au Chili (en 2010) et bientôt au
Maroc (en mai 2016) sont équipés de filtres à bandes étroites permettant d'isoler les émissions de différents gaz et des
poussières contenues dans l'atmosphère des comètes. L'étudiant devra préparer les observations, calibrer les données et
calculer les taux de production des différents gaz à l'aide du modèle dit de Haser (1957). Les outils nécessaires pour ce
genre de mesures ont déjà été développés dans notre équipe. L'étudiant devra se familiariser avec les différentes
techniques, adapter et améliorer si nécessaire les scripts d'analyse. Les résultats conduiront à la publication d'un article.
http://www.orca.ulg.ac.be/TRAPPIST/Trappist_Main_Fr/Home.html
Promoteur : Emmanuel Jehin (Ulg)
Modeling spectral-line profiles issued from the wind collision region
present in massive binary stars
Contact person : Eric Gosset
e-mail : [email protected]
Tel : 04 366 9754
Office: Institut d’Astrophysique, B5c, 2/16
Availability: Rendez-vous fixed following an email exchange.
Thematics : Astrophysics; Optical spectroscopy; Massive Stars; Binaries
Description:
Massive stars of type O, and their evolved descendants the Wolf-Rayet stars, present a powerful wind that is radiatively
driven. In massive binary systems, the winds coming from the two stars do collide somewhere between the two stars.
Near the apex of the collision, the collision is essentially head-on. The cinetic energy is transformed into heat and the
related plasma in the collision region is heated to high temperatures and thermally emits in the X-ray domain. The
global collision region has the shape of a cone wrapped around the star with the less strong wind. In some systems, the
matter cools down whilst flowing on the surface of the cone. In some regions, the matter emits in particular
spectroscopic lines. The Doppler effect due to the flowing matter spreads the spectroscopic line and generates an
observed line profile that is dependent on the characteristics and shape of the cone. In addition, in these binary systems,
the whole region is rotating according to the orbital movement of the stars themselves. Therefore, the variations of these
particular line profiles with the phase of the orbital movement depends on several parameters such as the inclination of
the system and the opening angle of the cone.
Spectra have been acquired for 1 or 2 such systems. The aim of the thesis is to find in the literature the existing
geometrical models of the phenomenon, to implement one of them and to apply it to the available observations in order
to determine the parameters for these systems. Essentially, this represents an integration over a surface that is rotating,
the integration being over the various Doppler effects related to the various pieces of emitting matter.
No particular prerequisite.
X-ray emission from evolved massive stars
Contact person : Yaël Nazé
e-mail : [email protected]
Tel : 04/366 9720
Office: Institut d'Astrophysique & Géophysique, Bât B5c, Allée du 6 Août, 19c, room 2/12
Availability: anytime between 8 am and 5 pm, on rendez-vous
Thematics: Astrophysics
Description:
The X-ray emission of massive stars is intimately related to their stellar winds. When such stars are single, shocks in
their unstable winds produce hot plasma able to emit a faint, soft, and stable X-ray emission. When they form binaries,
the winds of the two components collide, sometimes producing a bright and hard X-ray emission. In this case, variations
throughout the orbital cycle are expected as the collision zone is seen under different angles and through changing
amounts of absorption: X-ray lightcurves are thus sensitive probes of the geometry and wind properties of the system.
This project aims at studying the X-ray emission of a set of evolved massive stars, called Wolf-Rayet stars. Such objects
are characterized by very dense stellar winds, which affect the observable X-ray emission. The data will thus be used to
improve our knowledge of the physical properties of these rare evolved objects.
The student is asked to
•
get acquainted with the topic and more specifically with the literature on the X-ray emission of WR stars and
colliding-wind binaries,
•
reduce the X-ray observations thanks to dedicated tools and extract the count rate and spectra of the sources,
•
whenever several observations are available, build lightcurves of the X-ray sources and investigate the interpointing variability,
•
and finally, compare the results with what is known about such sources in the literature and discuss the
implications of the results.
Line profile variability in peculiar massive stars
Contact person : Gregor Rauw & Yaël Nazé
e-mail : [email protected]
Tel : 04/366 9740
Office: Institut d'Astrophysique & Géophysique, Bât B5c, Allée du 6 Août, 19c, room 2/2
Availability: interested students are invited to contact the coordinator to arrange an appointment
Thematics: Astrophysics
Description:
Some massive O-type stars display variations of their spectral lines that hint either at (non-radial) pulsations at their
surface or structures inside their stellar winds. Studying these phenomena opens up new avenues to learn more about the
fundamental properties of these stars. Indeed, the properties of pulsations reflect the internal structure of the star, whilst
the structures in stellar winds bear information about the dynamics of stellar winds and the possible impact of magnetic
fields. Observationally studying these phenomena requires long series of high-quality spectroscopic observations. Over
recent years, our team has collected such data for several peculiar O-type stars. And we propose here an in-depth study
of two objects.
The student is asked to
•
get acquainted with the subject of spectral line profile variability in massive stars, and with the current
knowledge of the variability of the two targets,
•
reduce and normalize the spectroscopic observations that have been collected to study the variability of both
targets,
•
apply a series of tests to the time series of spectra of each of the stars to search for variability, specify its
significance level and to establish possible periodicities,
•
and finally, compare the results with what is known about both stars in the literature and discuss the
implications of the results.
The flaring activity of pre-main sequence stars in very young open clusters
Contact person : Gregor Rauw
e-mail : [email protected]
Tel : 04/366 9740
Office: Institut d'Astrophysique & Géophysique, Bât B5c, Allée du 6 Août, 19c, room 2/2
Availability: interested students are invited to contact the coordinator to arrange an appointment
Thematics: Astrophysics
Description:
Algol-type binaries are systems where a cool evolved star is overflowing its Roche lobe and is transferring material to a
B-type main sequence companion. This mass-transfer process episodically leads to the formation of an accretion disk
around the mass gainer. We propose here an in-depth study of such an Algol binary where we combine photometric and
spectroscopic observations to specify the fundamental parameters of the stars.
The student is asked to
•
get acquainted with the subject of Algol-type binaries, and with the existing literature on the target of the study,
•
process and normalize the spectroscopic observations of the system that have been collected by our team,
•
perform the spectral disentangling of the series of spectroscopic observations and classify the components of
the system,
•
based on the results of the previous point, analyse the photometric lightcurve of the system and establish the
error bars on the inferred parameters,
•
perform a Doppler tomography of the Hα line in order to search for signatures of an accretion disk or other
accretion structures,
•
summarize the results, compare them with the literature and discuss their implications.
Photometric and spectroscopic studies of an Algol binary
Contact person : Gregor Rauw
e-mail : [email protected]
Tel : 04/366 9740
Office: Institut d'Astrophysique & Géophysique, Bât B5c, Allée du 6 Août, 19c, room 2/2
Availability: interested students are invited to contact the coordinator to arrange an appointment
Thematics: Astrophysics
Description:
Beside a population of massive OB-type stars, very young open stellar clusters usually contain a wealth of lower mass
stars which are still in the process of becoming normal stars. These so-called pre-main sequence objects display a rather
strong and variable X-ray emission which is generated in loops of magnetic field lines. The variations mostly take the
form of flares which are sudden increases of the X-ray emission by up to a factor 100, followed by a decay which is
ruled by the size of the magnetic loops. Actually, the X-ray emission of such pre-main sequence stars is one of the best
means to distinguish cluster members from background or foreground sources that are unrelated to the cluster. We
propose here to use X-ray observations of such a very young open cluster to study the flaring activity of its population
of pre-main sequence stars.
The student is asked to
•
get acquainted with the topic and more specifically with the literature on the cluster under investigation,
•
process the multi-epoch XMM-Newton observations of this cluster that we have obtained as by-products to the
X-ray observations of its massive stars population,
•
apply a series of tools to detect sources in these X-ray observations and cross-correlate their positions with
various catalogues of optical or infrared observations,
•
extract the spectra and lightcurves of the X-ray brightest sources and investigate their intra-pointing and interpointing variability,
•
and finally, compare the results with what is known about the clusters in the literature and discuss the
implications of the results.
Une nouvelle méthode de sondage sismique des étoiles de type solaire
Contact person : Marc-Antoine Dupret
e-mail : [email protected]
Tel : 04 366 97 32
Office: B5c , 1/12
Availability: Please contact me by email
Thematics : Astrophysics: Stellar Physics and Asteroseismology
Description:
Les missions spatiales CoRoT et Kepler nous révèlent des spectres d’oscillation d’une richesse inégalée, nous
permettant de lever le voile sur leur structure interne. C’est particulièrement le cas pour les étoiles présentant des
oscillations de type solaire. Les méthodes de sondage sismique utilisées actuellement demeurent cependant hétérogènes,
elles n’exploitent pas pleinement et de manière cohérente l’information sismique et se prêtent mal à une analyse
statistique rigoureuse. Dans ce travail de fin d’étude, je propose d’examiner une toute nouvelle méthode palliant ces
défauts. Elle consiste à exploiter la structure du spectre par l’utilisation d’une fonction cible paramétrée bien choisie.
Cette dernière est conçue pour permettre d’obtenir de manière homogène les informations sismiques sur, par exemple,
la densité moyenne, le stade évolutif (et donc l’âge) et l’abondance d’hélium dans l’enveloppe. Une première partie du
travail de fin d’étude, consistera à tester cette nouvelle approche sur des étoiles cibles artificielles. Dans une 2 ème partie,
elle sera appliquée au système binaire 16 Cygni présentant les spectres d’oscillation les plus riches et précis jamais
observés (à l’exception du Soleil).
Ce travail est choisi pour introduire concrètement l’étudiant aux méthodes de l’astérosismologie. Le lien entre les
spectres d’oscillation des étoiles et leur structure interne sera exploré en détail par l’étude de nombreux cas. Tous les
outils de modélisation et optimisation nécessaires à cette étude seront mis à la disposition de l’étudiant.
Cours Prérequis :
- Structure et Evolution des Etoiles I et II
Cours recommandés :
- Stabilité Stellaire et Astérosismologie
- Etoiles Variables
Modeling extreme horizontal branch stars by asteroseismology
Contact person : Valerie Van Grootel
e-mail : [email protected]
Tel : +32 4366 9730
Office: Bât. B5c, room 1/13
Availability: 21-29 April 2016, 9-30 May 2016
Thematics : Astrophysics (stellar physics ; asteroseismology)
Description:
Extreme horizontal branch (EHB) stars, or subdwarf B (sdB) stars, are fairly hot and compact stars corresponding to an
advanced stage of stellar evolution, after the main sequence and the first red giant branch. Formation of EHB stars is
one of last grey zones in stellar evolution theory, but binary evolution channels seems favored since the majority of
these stars are found in binary systems. Subdwarf B stars exhibit stellar pulsations, opening the possibility to use astero seismology to probe the interiors of these stars. Indeed, asteroseismology of sdB stars is one the great success of the
field, and seismic modeling allows us to infer with a high accuracy the mass, the radius, and the interior physics of these
stars. It is also possible to obtain from asteroseismology the internal rotation profile, and from there and especially in
the case of close binaries, to constrain the diverse theories of tidal friction and synchronization in binaries. It is one the
most interesting applications of asteroseismology, since synchronization theories concerns many astrophysical objects,
from the couple Earth-Moon, close-in exoplanets, to compact evolved close binaries.
We propose in this Master thesis to model by asteroseismology the pulsating sdB star Feige 48, which resides in a close
binary with an invisible companion (possibly a white dwarf, or a low-mass stellar companion). Feige 48 is one of the
most studied pulsating sdB stars. While some of the studies conclude to the synchronization of the sdB star (Van
Grootel et al. 2008), others conclude the opposite (Pablo 2012, PhD thesis, Iowa State University). We propose here to
analyze the longest asteroseismic campaign on that object, gathered during 6 months with the 1.6m Mount Bigelow
telescope in Arizona. First step of the Master thesis will consist in cleaning light curves and extracting the pulsation
frequencies of the sdB star. The asteroseismic modeling of the sdB star will be the second (and main) step of the work,
by comparing the observed frequencies of pulsation to the ones computed from stellar models in order to find the
optimal model that best reproduces the observations. The internal rotation profile of the sdB star will also be obtained in
that process, with our latest optimization tools that are ready to carry out this seismic analysis. The last step will consist
in interpreting the results, particularly about the level of synchronization of the star with its companion. This is the main
goal of the Master thesis. The results will also be interpreted in terms of constraints for the formation and evolution of
this binary system.
Interferometric measurement of the Solar angular diameter : a possible
mission for a Cubesat
Contact person : Jean Surdej & Bikram Pradhan
e-mail : [email protected] & [email protected]
Tel : 04-3669783
Office: Building B5c/2nd floor/Office 4
Availability: Week of 26th of April
Thematics : Astrophysics; Instrumentation and methods
Description:
The idea is to propose a mission concept to measure with a very small and inexpensive instrument onnboard a Cubesat
the angular diameter of the Sun with a very high precision. Such observations should enable to detect variations of the
angular diameter of the Sun as the Earth orbits the latter and also possibly some intrinsic very small variations. The
mission concept will be based upon the use of a microinterferometer, a transparent grating and a CCD camera. Based
upon an analytical determination of the optimal characteristics of these three instrumental components, simulations
ought to be performed to test the sensitivity of the proposed mission. Assembly of such an instrument should be carried
out and tested on the Sun.
A good understanding of the course SPAT0057-1 « Observing the sky » is mandatory.
Investigation of laboratory processes and methods of astrochemical
relevance – Prospects for the development of the payload of a space
platform
Contact person : Karl Fleury-Frenette & Michaël De Becker
e-mail : [email protected] & [email protected]
Tel : 04 382 4630 ; 04 366 9717
Office: CSL & Building B5c, office 2/5
Availability: please contact us
Thematics : Astrophysics; Instrumentation and methods
Description:
Physico-chemical processes at work in diverse astronomical environments are the topic of many studies, either
theoretical or experimental, aiming at exploring and understanding the capability of these envrionments to form
molecular compounds of increasing complexity. In this context, photochemistry plays a crucial rôle.
The proposed master thesis includes essentially two aspects :
1. First, equipments at the Centre Spatial de Liège (CSL) will be used to prepare a sample in solid phase. The sample
will play the role of 'ice analogue' mainly made of water ice, and including also a given amount of a chemical species
(to be determined) relevant for the astrochemical context. The sample will be irradiated with a calibrated beam of
ultraviolet light. The sample will then be probed using different analytical techniques (including infrared spectroscopy)
in order to characterize and follow the evolution of its composition as a function of its UV irradiation level. One of the
original aspects of this work will consist in the use of other diagnostic methods developed at CSL notably based on
surface plasmon resonance. The exploitation of the latter technique is unprecedented in experimental astrochemistry.
2. Second, the student will have to consider her/his work as a preliminary study for the development of potential
embedded cells dedicated to the study of physico-chemical processes in space conditions, involving both solar UV
radiation and cosmic-rays. This aspect will be discussed in the prospect of the development of scientific payloads for
space missions, notably for CubeSats.
The student will be asked to compbine both technical aspects relevant for the participation in a space mission, and
scientific aspects in the general context of astrochemistry.
Recommended courses :
SPAT0020-2 Astrochemistry (second term)
AERO0019-2 Space experiment development (first term)
Algorithme de correction de lumière parasite dans un système optique à
grand champ
Contact person : Yvan Stockman
e-mail : [email protected]
Tel : 04 382 4609
Office: CSL
Availability: sur rendez-vous
Thematics : Instrumentation and methods
Description:
Il s’agira de développer un Algorithme de correction de lumière parasite dans un système optique à grand champ dans
un environnement Matlab. Les systèmes optiques à grand champ souffrent en général de lumière parasite générée dans
le champ de vue. Cette lumière ne peut être supprimée par un baffle et est principalement minimisée au niveau de la
conception et au niveau des performances de fabrication. Malgré toutes ces précautions ces systèmes présentent une
lumière parasite résiduelle qui est mesurée lors de la calibration au sol. L’algorithme développé utilisera ces mesures de
calibration afin de supprimer la contribution de la lumière parasite durant l’opération en orbite.
Plan de travail
1) Dans un premier temps l’étudiant se familiarisera avec les différentes sources de lumière parasite dans de
tels instruments (diffusion, ghost,...) ainsi que sur les processus existant de suppression de lumière parasite.
2) A partir d’exemples, l’étudiant proposera un algorithme et justifiera son choix.
3) L’étudiant développera son algorithme et l’appliquera sur des exemples concrets.
Contexte : Le stage se déroulera au sein de l’équipe « conception et métrologie optique » du Centre Spatial de Liège
(Belgique). Le Centre Spatial de Liège (CSL) est un centre de recherche appliqué de l’Université de Liège, centre
d’excellence en optique et facilité de test agréé par l’Agence Spatiale Européenne.
Profil de l’étudiant : Attrait pour la modélsiation conception optique. Une expérience dans le logiciel Matlab est un
atout.
Evaluation de techniques de modification de FOV et de longueur focal d’un
collimateur
Contact person : Yvan Stockman
e-mail : [email protected]
Tel : 04 382 4609
Office: CSL
Availability: sur rendez-vous
Thematics : Instrumentation and methods
Description:
Au départ de collimateurs existants au CSL, l’étudiant évaluera des solutions pour adapter ces collimateurs en fonction
des champs de vue, des résolutions des instruments à tester. Les solutions devront être aisées à intégrer dans
l’environnement existant.
Plan de travail
TACHE 1 : ETUDE PARAMETRIQUE DES CONFIGURATIONS en ajoutant 1 miroir secondaire hors axe
TECHE 2 : Définir quelques configurations statiques typiques (différent miroir secondaire)
TACHE 3 : Tolérancement des configurations statiques
TACHE 4 : Design mécanique des configurations statiques
TECHE 5: Plan d’intégration et d’alignement des configurations statiques
TACHE 6 : VEILLE TECHNOLOGIQUE DES MIROIRS ADAPTATIFS
TACHE 7 : Evaluation de l’alignement d’une configuration dynamique avec miroir adaptatif
Contexte : Le stage se déroulera au sein de l’équipe « conception et métrologie optique » du Centre Spatial de Liège
(Belgique). Le Centre Spatial de Liège (CSL) est un centre de recherche appliqué de l’Université de Liège, centre
d’excellence en optique et facilité de test agréé par l’Agence Spatiale Européenne.
Profil de l’étudiant : Attrait pour la modélisation conception opto-mécanique. Une expérience dans le logiciel CODEV
et SOLIDWORKS est un atout.
Modélisation matlab d’un instrument d’observation de la terre
Contact person : Yvan Stockman
e-mail : [email protected]
Tel : 04 382 4609
Office: CSL
Availability: sur rendez-vous
Thematics : Instrumentation and methods
Description:
Il s’agira de développer un modèle d’un instrument d’observation de la terre dans un environnement Matlab. Ce type
d’instrument comprend un détecteur, une optique, une structure mécanique, des baffles, du S/W. Tous ces éléments
devront être compris dans le modèle. Celui-ci aura des radiances comme entrées (décrites en utilisant le formalisme des
vecteurs de Stokes) et des Digital Number (DN) comme sortie.
Le modèle sera subdivisé en 2 parties ; la transformation de l’irradiance de la haute atmosphère (entré avec paramètres
de Stokes) en électrons et la quantification des électrons en DN (en considérant aussi les non linéarités). Une troisième
partie comprenant la polarisation pourra être envisagée ultérieurement.
Le modèle partira des caractéristiques du détecteur (pixel, cross talk, efficience du transfert de charge,..) du système
optique (PSF, F/number), des mouvements du satellite (dérive, jitter), de l’irradiance spectrale, de la lumière parasite.
Le modèle statique prendra en compte une scène statique alors que le modèle dynamique prendra en compte une scène
dynamique ainsi que toutes les parties mobiles dans l’instrument tel que des roues à filtre. Le modèle devra pouvoir
estimer les performances de l’instrument en fonction de différentes entrées possibles. Le modèle sera capable de fournir
le modèle de calibration inverse.
Plan de travail
1) Dans un premier temps l’étudiant se familiarisera avec le contexte dans lequel le modèle doit être développé.
2) A partir d’exemples, l’étudiant construira un modèle adapté à l’instrument étudié.
3) L’étudiant développera et commentera son modèle. Le modèle doit permettre d’ajouter des paramètres sur chacun
des sous systèmes
4) L’étudiant introduira ensuite des algorithmes de correction pour optimiser le modèle inverse.
Contexte : Le stage se déroulera au sein de l’équipe « conception et métrologie optique » du Centre Spatial de Liège
(Belgique). Le Centre Spatial de Liège (CSL) est un centre de recherche appliqué de l’Université de Liège, centre
d’excellence en optique et facilité de test agréé par l’Agence Spatiale Européenne.
Profil de l’étudiant : Attrait pour la modélisation de système. Une expérience dans le logiciel Matlab est un atout.