Praca doktorska
Mapping the Structure of the Milky Way with Mira Stars
| dc.abstract.en | Studying the structure of the Milky Way is an intricate task due to the position of the solar system almost in the plane of the Galactic disk and the need to explore the Galaxy from within. Additionally, these studies are hindered by the strongly variable and light-of-sight dependent interstellar extinction, which is highest in the plane of the Galactic disk and towards the Galactic center. Despite these diÖculties, many attempts have been made for hundreds of years to map the Milky Way using various indicators. One such indicator that is well suited for studying the three-dimensional structure of the Galaxy is a class of pulsating stars of diÄerent types. The main aim of this thesis was to study the three-dimensional structure of the Milky Way using long-period, high-amplitude, intermediate-age pulsating stars, also known as Mira-type variables. This goal was achieved through a series of analyses and the combination of ground-based optical observations from the Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) sky survey databases and infrared observations collected by the VISTA near-infrared Y JKs survey of the Magellanic System (VMC), with the infrared data collected by the Spitzer and Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) space telescopes. The thesis consists of four scientific articles published in a peer-revied journal which are logically connected and lead to a solution to the problem at hand. The first part of the thesis is based on the Mira-type variables discovered in the Large Magellanic Cloud (LMC) and focuses on the analysis of the Mi ras variability over a wide range of wavelengths, covering 0.1-40 µm. In this study, detailed Mira variability templates were created and the amplitude ratio and phase lag between the OGLE I-band and other bands were determined. Synthetic period–luminosity relations (PLRs) were also presented separately for oxygen-rich (O-rich) and carbon-rich (C-rich) Miras in 42 bands of already operating and future sky surveys. In the second part of the thesis, the Mira variability templates were used to precisely measure the mean magnitudes in the WISE and Spitzer bands. They, in turn, were used to fit and determine the PLRs separately for O-rich and C-rich Miras, using both linear and quadratic models, which were later calibrated at the distance to the LMC. These relations allow for measuring distances to Mira type variables with an accuracy of 5% for O-rich Miras and 12% for C-rich ones. The third part of the thesis was focused on discovering as many Mira-type variables in the Milky Way as possible using photometric data from the OGLE sky survey. This led to the discovery of 65,981 Miras, of which more than two thirds were previously unknown. This allowed for the publication of the largest collection of Milky Way Mira-type variables in the history of astronomy. The final part of the thesis was devoted to the analysis of the three-dimensio nal structure of the Milky Way based on the discovered Mira variables. A com plex 44-parameter Galactic bulge model was fitted to the Miras distribution, taking into account distance uncertainties by implementing the Bayesian hierar chical inference method. The distance to the Galactic Center and the inclination of the major axis of the bulge to the line of sight were measured. Additionally, the existence of the controversial X-shaped structure in the Mira-type variables was confirmed. |
| dc.abstract.en | Badanie struktury Drogi Mlecznej jest skomplikowanym zadaniem ze względu na położenie Układu Słonecznego prawie w płaszczyźnie dysku Galaktyki oraz konieczności badania Drogi Mlecznej z jej wnętrza. Dodatkowym utrudnieniem jest silnie zmienna i zależna od kierunku patrzenia ekstynkcja międzygwiazdowa. Pomimo tych trudności od setek lat podejmowane są próby mapowania Drogi Mlecznej przy użyciu różnych wskaźników, np. gwiazd pulsujących. Celem niniejszej rozprawy doktorskiej było zbadanie trójwymiarowej struktury Drogi Mlecznej, bazując na gwiazdach typu Mira (tzw. mirydach), czyli długookresowych gwiazdach pulsujących o dużych amplitudach zmian jasności, należących do populacji gwiazdowej o średnim wieku. Osiągnięcie ostatecznego wyniku wymagało połączenia obserwacji naziemnych w pasmach optycznych uzyskanych przez projekt Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) z podczerwonymi obserwacjami wykonanymi w ramach przeglądu nieba VISTA near-infrared Y JKs survey of the Magellanic System (VMC) i podczerwonymi obserwacjami wykonanymi przy użyciu teleskopów kosmicznych Spitzer i Widefield Infrared Survey Explorer (WISE). Rozprawa stanowi zbiór czterech logicznie połączonych artykułów naukowych opublikowanych w recenzowanych czasopismach, które prowadzą do rozwiązania podjętego zagadnienia. Pierwsza część mojej pracy doktorskiej bazuje na mirach odkrytych w Wielkim Obłoku Magellana (LMC; ang. the Large Magellanic Cloud) i poświęcona jest analizie zmienności tych gwiazd w szerokim zakresie długoúci fali (od 0.1 µm do 40µm). W ramach tej analizy stworzyłem szczegółowe wzorce zmienności miryd i wyznaczyłem stosunki amplitud i przesunięcia w fazie pomiędzy pasmem OGLE I a innymi pasmami. Przedstawiłem również syntetyczne zależności okres-jasność (PL; ang. period–luminosity), oddzielnie dla mir tlenowych i węglowych, w 42 różnych pasmach używanych w już działających, ale również dopiero planowanych wielkoskalowych przeglądach nieba. W kolejnej części niniejszej rozprawy użyłem wzorców zmienności miryd, aby dokładnie zmierzyć ich średnie jasności w pasmach używanych przez teleskopy Spitzer i WISE. Mając zmierzone średnie jasności, dopasowałem i wyznaczyłem zależności PL używając zarówno modelu liniowego jak i kwadratowego, oddzielnie dla mir tlenowych i węglowych. Zależności te zostały skalibrowane używając odległości do LMC, i pozwalają one na pomiar odległości do pojedynczych miryd tlenowych z dokładnością do 5% i węglowych z dokładnoúciπ do 12%. W trzeciej części tej rozprawy skupiłem się na odkryciu jak największej liczby miryd w Drodze Mlecznej, wykorzystujπc do tego celu dane fotometryczne projektu OGLE. Moje poszukiwania doprowadziły do odkrycia 65 981 mir, z czego ponad dwie trzecie z nich okazały się nowymi, wcześniej nieznanymi obiektami. Ta czÍúÊ analizy zakoÒczy≥a siÍ opublikowaniem najwiÍkszej w historii astronomii kolekcji gwiazd zmiennych typu Mira w Drodze Mlecznej. Ostatnia część mojej rozprawy doktorskiej poświęcona jest analizie trójwymiarowej struktury Drogi Mlecznej na podstawie wcześniej odkrytych miryd. Do rozkładu mir dopasowałem model zgrubienia centralnego Galaktyki opisanego 44 parametrami. Wykonałem pomiar odległości od Słońca do centrum Galaktyki i kąta nachylenia osi zgrubienia centralnego Galaktyki do linii widzenia, ale co ważniejsze, potwierdziłem istnienie tzw. struktury X w zgrubieniu centralnym Galaktyki |
| dc.affiliation.department | Wydział Fizyki |
| dc.contributor.author | Iwanek, Patryk |
| dc.date.accessioned | 2023-06-12T09:46:56Z |
| dc.date.available | 2023-06-12T09:46:56Z |
| dc.date.defence | 2023-06-16 |
| dc.date.issued | 2023-06-12 |
| dc.description.promoter | Soszyński, Igor |
| dc.identifier.uri | https://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/4609 |
| dc.language.iso | en |
| dc.rights | ClosedAccess |
| dc.subject.en | OGLE project |
| dc.subject.en | Infrared astronomy |
| dc.subject.en | Time series analysis |
| dc.subject.en | Sky surveys |
| dc.subject.en | Catalogs |
| dc.subject.en | Astronomy databases |
| dc.subject.en | Distance indicators |
| dc.subject.en | Stellar distance |
| dc.subject.en | Asymptotic giant branch stars |
| dc.subject.en | Long period variable stars |
| dc.subject.en | Pulsating variable stars |
| dc.subject.en | Asteroseismology |
| dc.subject.en | Mira variable stars |
| dc.subject.en | Large Magellanic Cloud |
| dc.subject.en | Galaxy structure |
| dc.subject.en | Milky Way disk |
| dc.subject.en | Galactic center |
| dc.subject.en | Galactic bulge |
| dc.subject.en | Milky Way Galaxy |
| dc.subject.en | projekt OGLE |
| dc.subject.en | astronomia w podczerwieni |
| dc.subject.en | analiza szeregów czasowych |
| dc.subject.en | wielkoskalowe przeglądy nieba |
| dc.subject.en | astronomiczne katalogi |
| dc.subject.en | astronomiczne bazy danych |
| dc.subject.en | wyznaczniki odległości |
| dc.subject.en | odległości do gwiazd |
| dc.subject.en | gwiazdy leżące na asymptotycznej gałęzi olbrzymów |
| dc.subject.en | gwiazdy zmienne o długim okresie |
| dc.subject.en | pulsujące gwiazdy zmienne |
| dc.subject.en | asterosejsmologia |
| dc.subject.en | gwiazdy zmienne typu Mira |
| dc.subject.en | Wielki Obłok Magellana |
| dc.subject.en | struktura Galaktyki |
| dc.subject.en | dysk Drogi Mlecznej |
| dc.subject.en | zgrubienie centralne Galaktyki |
| dc.subject.en | Droga Mleczna |
| dc.title | Mapping the Structure of the Milky Way with Mira Stars |
| dc.title.alternative | Mapowanie struktury Drogi Mlecznej w oparciu o gwiazdy zmienne typu Mira |
| dc.type | DoctoralThesis |
| dspace.entity.type | Publication |