---

Research topics - different intensities at Licencjat/Magister/Doktorat level

Reproducible galaxy formation pipeline

mag/lic, astronomia/fizyka matematyczna

In ArXiv:2010.03742 a reproducible galaxy formation pipeline is established. The initial results showed that void location contributes to a later epoch of a dark matter halo's initial collapse, which tends to imply a lower density at the collapse epoch of the halo, and a higher dimensionless spin parameter of the disk that forms in the halo, tending to imply a lower surface density of matter in the disk. Both effects imply that void location contributes to low surface brightness galaxy (LSBG) formation. Several extensions to develop these initial results further would be possible as straightforward and potentially publishable undergraduate research projects. A side benefit of the project would be an introduction to a state-of-the-art method of making a scientific computational project reproducible by independent scientists.

https://cosmo.torun.pl/Cosmo/LicMagTematy

Non-perturbative N-body/GR simulations

mag/lic, astronomia/fizyka matematyczna

N-body simulations (e.g. AstroPh:0411043, ArXiv:1105.1082, AstroPh:0111367) used for the modelling of 0.1 to 5 Gpc scale structure formation assume a rigid Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker (FLRW) background against which perturbations grow according to Newtonian gravity, while the FLRW background itself evolves assuming that structure formation do not form. An UMK-Lyon project is underway to develop relativistic methods of correcting N-body simulations for this contradiction, by using scalar averaging (AstroPh:9912347, ArXiv:0707.2153, ArXiv:0803.1401, ArXiv:1203.6263, ArXiv:1303.6193). The main result of the full project (ArXiv:1706.06179) is that more accurate simulations help show that "dark energy" is a misinterpretation of the virialisation epoch, during which much of the most massive galaxies and galaxy clusters formed. The student's contribution would be in checking caveats of this calculational method and/or proposing extensions. Other codes including Einstein Toolkit/FLRWSolver or Gevolution could alternatively be considered for the project.

https://cosmo.torun.pl/Cosmo/LicMagTematy

---

STOPINCLUDE is just above this line; projects similar to those below this line are out of date, although similar ideas may be viable after being brought up to date

---

Measuring metric inhomogeneity with BAO

mag/lic, astronomia/fizyka matematyczna

The Universe is not homogeneous, but the Concordance Model starts with a spatially-homogeneous solution to the Einstein field equations and afterwards applies perturbations. The scalar averaging approach (AstroPh:9912347, ArXiv:0707.2153, ArXiv:0803.1401, ArXiv:1203.6263, ArXiv:1303.6193) proposes a relativistically more realistic approach to cosmological modelling. The initial measurement of a shift of about 6% in the baryonic acoustic oscillation (BAO) peak location (ArXiv:1410.1687) in overdense regions provides the first tentative evidence of metric inhomogeneity. The calculations using the presently available software are cpu-intensive. A student would help develop algorithmic speedups, tests of the different software modules, and possibly GPGPU modules under OpenCL.

https://cosmo.torun.pl/Cosmo/LicMagTematy

Obserwacje efektu Suniajewa-Zeldowicza w gromadach galaktyk przy użyciu odbiornika OCRA/RT32

mag, astronomia

Obserwacje gromad galaktyk to jeden z głównych nurtów współczesnej kosmologii obserwacyjnej i astrofizyki. Celem pracy jest rekonstrukcja parametrów komptonizacji w gromadach galaktyk obserwowanych 32-m radioteleskopem w ramach projektu OCRA-SZ. Obserwacje radiowe w połączeniu z obserwacjami promieniowania X z satelity Chandra i/lub XMM-Newton umożliwiają rekonstrukcję parametrów fizycznych ośrodka międzygalaktycznego takich jak profil temperatury, profil gęstości, masę, frakcję materii barionowej itp., a to pozwala testować zgodność przewidywań standardowego modelu kosmologicznego z obserwacjami.

Magistrant pozna szczegóły obserwacji efektu Suniajewa-Zeldowicza (SZ) na falach centymetrowych oraz nauczy się analizować dostępne obserwacje rentgenowskie celem wyznaczania podstawowych parametrów ośrodka międzygalaktycznego. Narzędzia programistyczne: c++, Python.

https://cosmo.torun.pl/Cosmo/LicMagTematy

Student(ka) skonsultował(a)by także z Bartkiem Lwem.

Drobnoskalowa struktura rozciągłych emisji Galaktycznych w kontekście obserwacji gromad galaktyk odbiornikiem OCRA.

mag, astronomia

Obserwacje satelity Planck dostarczyły wysokiej rozdzielczości map rozkładu promieniowania elektromagnetycznego całego nieba w zakresie częstotliwości od kilkudziesięciu do kilkuset GHz. Praca polegać będzie na wykorzystaniu tych danych celem analizy rozkładu emisji Galaktycznych na falach centymetrowych w skalach minut łuku w kontekście obserwacji efektu Suniajewa-Zeldowicza (SZ) z wykorzystaniem odbiornika OCRA zainstalowanym na 32-m radioteleskopie w Piwnicach. Praca ma charakter nowatorski, gdyż wcześniejsze obserwacje tego efektu SZ nie uwzględniały emisji galaktycznych. Jednym z głównych celów pracy jest więc weryfikacja stopnia dokładności tego założenia w kontekście dostępnych od niedawna danych z satelity Planck.

Magistrant nauczy się analizować dane z satelity Planck, korzystać z istniejących pakietów oprogramowania do analizy danych kosmicznego promieniowania tła i zapozna się z najważniejszymi aspektami obserwacji gromad galaktyk przy użyciu efektu Suniajewa-Zeldowicza. Narzędzia programistyczne: C++, Python. W wyniku przeprowadzonych analiz przewiduje się publikację w renomowanym czasopiśmie naukowym.

https://cosmo.torun.pl/Cosmo/LicMagTematy

Student(ka) skonsultował(a)by także z Bartkiem Lwem.

Efekty systematyczne w pomiarach gęstości strumienia przy użyciu odbiornika pracującego na falach centymetrowych.

mag/lic, astronomia

Pomiary gęstości strumienia źródeł astronomicznych 32-m radioteleskopem (RT32) obarczone są różnego rodzaju efektami systematycznymi, które należy uwzględnić przy redukcji danych obserwacyjnych. Celem pracy jest analiza istniejących danych obserwacyjnych z odbiornika OCRA/RT32 oraz pomierzenie najważniejszych obserwacyjnych efektów systematycznych (takich jak krzywa wzmocnienia anteny w funkcji elewacji), wyznaczenie parametrów wiązki głównej i listków bocznych, oraz optymalizacja pracy odbiornika wykorzystującego przełączanie wiązek.

Licencjant/Magistrant nauczy się mierzyć gęstości strumienia słabych radio źródeł odbiornikiem OCRA/RT32, redukować dane obserwacyjne, oraz pozna szczegółowo zasady działania całego systemu odbiorczego OCRA oraz podstawy systemu sterowania RT32.

https://cosmo.torun.pl/Cosmo/LicMagTematy

Student(ka) skonsultował(a)by także z Bartkiem Lwem.

już ktoś robi...

źródło: LambdaStudentTematAbstrakt

Czy ,,stała kosmologiczna" jest tylko efekt uśrednienia niejednorodności?

Is the cosmological constant just the result of inhomogeneities?

See e.g. Buchert et al. GrQc:0210037, GrQc:0210045, AstroPh:9609036

• en.wikipedia e.g. WikipediaEn:Riemann_curvature_tensor
• OTW: MathMethods#OTW
• tensory w maxima:
  • indices http://maxima.sourceforge.net/docs/manual/en/maxima_27.html
    • wersja 5.9.1: load(itensor); demo(itensor);
    • wersja 5.12.0-1: load(itensor); demo(tensor);
  • components http://maxima.sourceforge.net/docs/manual/en/maxima_28.html
    • wersja 5.9.1: load(ctensr); tsetup();
    • wersja 5.12.0-1: load(ctensor); csetup();
  • piernix-0.0.4 ma wersję 5.9.3-1: PierNixPakiety0p0p4, wersja w debianie unstable w 16.05.2007 jest 5.12.0-1
• oprogramowanie:
  • http://www.cactuscode.org/ - http://www.cactuscode.org/download/EinsteinToolkit.th ...

Stary

"Stary" does not necessarily mean the topic is no longer open. It only means that I (Boud) do not see it as a good student topic that I am interested in supervising right now.

The averaging problem

(todo: rewrite) How significant are the errors introduced by the FLRW approximation? See e.g. Buchert et al ArXiv:0803.1401, ArXiv:1103.2016; Wiltshire ArXiv:0912.5234; Krasinski et al ArXiv:0903.4070, ArXiv:1102.1449. Check at least one of these calculations at the level appropriate for your level of studies.

Topology of the Universe Detection

• In http://de.arxiv.org/abs/0801.0006, it seems that we may have measured the shape of the Universe, since certain parts of the cosmic microwave background seen by the WMAP satellite appear to be seen twice in different directions on the sky, due to topological lensing. The purpose of the masters/licencjat project is:
• Aim: Propose and apply a further test using WMAP data which further tests the hypothesis. This requires:
  • Reading/writing/managing the WMAP data file with free software computer programs
  • Statistical analysis
  • Independently checking that the computer code does the algebraic and statistical analyses correctly

źródło: LDMStudentTematAbstrakt

Dark Matter - Light Dark Matter (LDM) hypothesis - Galaxy Centre INTEGRAL results

• http://arxiv.org/abs/astro-ph/0507142
• Is the 511 keV line emission in the galactic centre due to annihilating LDM?

CMB/WMAP/Planck - the Missing Fluctuations problem

mag/lic, astronomia/fizyka matematyczna

WMAP data are too homogeneous on the largest scales to match the infinite flat model, e.g. see Copi et al. 2009 ArXiv:0808.3767, ArXiv:1201.2459, ArXiv:1103.3505. Summarise the evidence; discuss the correlation function versus spherical harmonic interpretations of the data; list possible explanations, including the topology of the Universe as discussed by Karl Schwarzschild, Leopold Infeld, et al.

https://cosmo.torun.pl/Cosmo/LicMagTematy

Topology of the Universe

mag/lic, astronomia/fizyka matematyczna

If you are interested in cosmic topology and have good software skills and/or a good understanding of differential geometry, many interesting observational and theoretical projects are available upon consultation - start reading at MonographCosmo.

https://cosmo.torun.pl/Cosmo/LicMagTematy

Clusters, Lambda, and OCRA/SZ Effect

mag/lic, astronomia/fizyka matematyczna

The largest gravitationally collapsed (virialised) objects in the Universe are clusters of galaxies. In principle, these should be easy to use as cosmological tracer objects in various ways. The simplest interpretation of clusters observed by XMM-Newton using the apparent gas fraction at the virial radius appeared to support a high-density (e.g. zero cosmological constant) model - Sadat et al. 2005 AstroPh:0503426, in contradiction to the Concordance Model. Resolving this contradiction may lead to new understanding of the dynamics and outer parts of clusters, e.g. Kay et al. 2007 AstroPh:0611017, Ferramacho, Blanchard 2007 AstroPh:0609822. Estimate what role RT4/OCRA-f and RTK could play in testing our understanding of clusters.

https://cosmo.torun.pl/Cosmo/LicMagTematy

Dark Matter (DM)

mag/lic, astronomia/fizyka matematyczna

Summarise the evidence; list different types of explanations; give arguments for and against the different candidates; investigate the evidence numerically and produce your own plots. In particular,

• the Light Dark Matter hypothesis AstroPh:0507142 seems very interesting (is the 511 keV line emission in the galactic centre due to annihilating LDM?); and
• the DAMA/NaI and DAMA/LIBRA results are interesting - see Bernabei et al. (2008), ArXiv:0804.2741 "the presence of Dark Matter particles in the galactic halo is supported, on the basis of the DM annual modulation signature, at 8.2 σ C.L." and Savage et al. (2009), ArXiv:0808.3607 and references therein;
• the CDMS (Cryogenic Dark Matter Search) initial results look exciting.
• could DM be an artefact induced by not applying general relativity correctly? see Buchert & Wiegand ArXiv:1002.3912
• Warning: microlensing (OGLE etc.) so far only gives evidence of that DM is (mostly) not composed of stellar-mass MACHOs e.g. AstroPh:0607207.

https://cosmo.torun.pl/Cosmo/LicMagTematy

Cosmic String Detection

• In http://de.arxiv.org/abs/astro-ph/0410073 Kibble discusses the http://de.arxiv.org/abs/astro-ph/302547 possible detection of a cosmic string which seems to gravitationally lens a background galaxy (Sazhin et al.) In http://de.arxiv.org/abs/astro-ph/0406516 the extra pairs of lensed galaxies predicted by the hypothesis are discussed. - see AstroPh:0601494 Sazhin et al.
  • Also Schild et al 2004 - AstroPh:0406434
• Aim: Understand the basics about (1) cosmic strings, (2) gravitational lensing versus cosmic string lensing, and test the hypothesis
  • Calculate the probability of seeing the original pair by chance
  • Check whether the statistics of expected numbers of lensed images are correct
  • Propose an independent test of the hypothesis, e.g. using radio observations and prepare an observing proposal
• compare with conventional gravitational lensing interpretations
  • introductions to grav lensing: AstroPh:9606001 - AstroPh:0012423 - AstroPh:0108255
  • Schild et al. foreground galaxy as lensing object - AstroPh:0504396
  • recent MACHO articles: http://arxiv.org/find/astro-ph/1/ti:+machos/0/1/0/all/0/1
    • MACHO debate: are the MW microlensing events only due to known stellar populations? Evans & Belokurov, 2004, RIP: The Macho Era (1974-2004) AstroPh:0411222 vs Griest & Thomas 2004 Contamination in the MACHO dataset and the puzzle of LMC Microlensing AstroPh:0412443
  • Nice pictures - Abell 2218

źródło: DAMAStudentTematAbstrakt

Dark Matter Detection - DAMA/NaI + Foot et al.

• In http://de.arxiv.org/abs/astro-ph/0405282 the 7 year results of the DAMA/NaI dark matter direct detection experiment show a signal significant at 6.3σ according to the authors. An explanation for why a signal from mirror-baryonic matter should be expected in this experiment but not in others with similar cross-section detection parameters is presented in AstroPh:0403043, see also AstroPh:0407623 and references therein.
• Aim: Check the experimental and theoretical claims and propose further tests
  • Try to find an alternative explanation for the DAMA/NaI results without going beyond the Standard Model of particle physics
  • Check whether the Foot et al. calculations of mirror matter properties are consistent with all the experimental data as the authors claim
  • Extend the Foot et al. calculations to find, e.g. a non-gravitational effect of mirror matter in stellar physics, e.g. symbiotic stars (gravitational effects of dark matter are already well studied)
• More info: http://cosmo.torun.pl/cgi-bin/twiki/view/Cosmo/NonBaryonicDarkMatter#the_DAMA_NaI_detection_and_mirro