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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-69871
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2014/6987/


The influence of asymmetric line profiles on the reliability of the search for varying fundamental constants

Der Einfluss asymmetrischer Linienprofile auf die Genauigkeit der Suche nach variierenden fundamentalen Konstanten

Prause, Nils

pdf-Format:
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SWD-Schlagwörter: Astronomie , Physik , Quasar , Absorptionslinie , Konstante , Variation , Beobachtung , Spektrum , Simulation , Daten , Linienform , Asymmetrie
Basisklassifikation: 39.22
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Reimers, Dieter (Prof.Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 17.09.2014
Erstellungsjahr: 2014
Publikationsdatum: 01.10.2014
Kurzfassung auf Englisch: Optical quasar spectra can be used to trace variations of the fine-structure constant α. Controversial results that have been published in last years suggest a presence of systematical error sources. In addition to wavelength calibration problems, errors might arise because of deficient line decompositions. The aim of this work is to estimate the influence of incorrect line decompositions in fitting procedures due to asymmetric line profiles on the precision of line position fits. Methods are developed to distinguish between different sources of position shifts between absorption lines of different transitions and thus to minimise systematical errors in future analyses.
To simulate asymmetric line profiles, two different methods were used. On the one hand the profiles were created as an unresolved blend of narrow lines and on the other hand a macroscopic velocity field of the absorbing medium was simulated. The simulated spectra were analysed with standard methods to search for apparent shifts of line positions that would mimic a variation of fundamental constants. Differences between position shifts due to an incorrect line decomposition and a real variation of constants were probed using methods that have been newly developed or adapted for this kind of
analysis. Furthermore the distortion of line shapes by changing isotope abundances was simulated and the possibility to measure theses in real data was studied. The results were then applied to real data.
Apparent relative velocity shifts of several hundred metres per second were found in the analysis of simulated spectra with asymmetric line profiles. To compare the results of from simulated spectra with
real data, a set of 17 Fe II systems in eight quasar spectra was analysed. With the methods that were developed in this work several systems were identified that show position shifts between different Fe II transitions that were created by incorrect line decomposition. Using only the remaining systems, no variation of the fine-structure constant α was found within the error limits. We thus conclude that incorrect line decompositions can be partly responsible for the conflicting results published so far.
Kurzfassung auf Deutsch: Optische Quasarspektren können benutzt werden um Variationen der Feinstrukturkonstanten α zu bestimmen. In den letzten Jahren wurden in diesem Bereich widersprüchliche Ergebnisse veröffentlicht, die eine Unterschätzung systematischer Fehlerquellen nahelegen. Neben Problemen mit der Wellenlängenkalibration können auch Fehler durch eine ungenaue Dekomposition der Absorptionssysteme entstehen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss von fehlerhafter Dekomposition aufgrund asymmetrischer Linienprofile auf die Präzision von Positionsfits abzuschätzen. Methoden werden entwickelt
um zwischen Ursachen für Positionsverschiebungen zwischen Absorptionslinien von verschiedenen Übergangen zu unterscheiden und damit systematische Fehler in kommenden Analysen zu minimieren.
Asymmetrische Linienprofile wurden mit zwei verschiedenen Methoden simuliert. Einmal wurden die Profile als unaufgelöster blend von schmalen Linien erstellt. Darüber hinaus wurde ein makroskopisches
Geschwindigkeitsfeld des absorbierenden Mediums simuliert. Die entsprechenden Spektren wurden mit gängigen Methoden gefittet um nach scheinbaren Verschiebungen von Absorptionslinien zu suchen, die eine Variation von Naturkonstanten vortäuschen könnten. Unterschiede zwischen Positionsverschiebungen durch eine fehlerhafte Dekomposition und α Variation wurden untersucht. Dafür wurden neue Methoden entwickelt oder aus anderen Bereichen für diese Analyse übernommen. Darüber hinaus wurde die Verformung von Linienprofilen durch sich ändernde Isotopenverhältnisse simuliert und die Möglichkeiten diese zu messen untersucht. Die Resultate wurden dann auf echte Daten angewandt. Scheinbare relative Positionsverschiebungen von einigen hundert Metern pro Sekunde wurden in simulierten Spektren mit asymmetrischen Linienprofilen gemessen. Um die Resultate der simulierten Spektren mit echten Daten zu vergelichen wurden 17 Fe II Systeme in acht Quasarspektren analysiert.
Mit den hier entwickelten Methoden wurden mehrere Systeme entdeckt in denen Positionsverschiebungen zwischen unterschiedlichen Fe II Übergängen durch fehlerhafte Dekomposition erzeugt wurden. Mit den übrigen Systemen wurde keine relevante Variation der Feinstrukturkonstante gemessen. Wir folgern dass fehlerhafte Dekompositionen von Absorptionslinien zum Teil für die widersprüchlichen Resultate verantwortlich sein können, die bisher veröffentlicht wurden.

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