Gravitational Microlensing: GPU-based Simulation Algorithms and the Information Content of Light Curves
Der Mikrogravitationslinseneffekt: GPU-basierte Simulationsalgorithmen und der Informationsgehalt von Lichtkurven
by Markus Peter Gerhard Hundertmark
Date of Examination:2011-06-20
Date of issue:2011-07-22
Advisor:Prof. Dr. Stefan Dreizler
Referee:Prof. Dr. Stefan Dreizler
Referee:Dr. Ansgar Reiners
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2667
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Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract
English
The simulation of gravitational microlensing light curves is a time-consuming effort, but essential for confirming potential planetary microlensing events. In this thesis a point-wise binary lens model was developed and parallelized on Graphics Processing Units (GPUs). As most graphic cards are processing single-precision floating point numbers, special care was taken to understand and control the numerical accuracy. In order to increase the efficiency of the fitting process, information theoretical concepts have been exploited. Based on the insight, that observations differently contribute to the total information content, subsets of the light curves are selected according to the current state of a Markov Chain. Furthermore, the information content of a point lens light curve was used in order to optimize the sampling of a light curve. In a further major project, follow-up observations were carried out as part of the MiNDSTEp consortium and a data reduction pipeline was prepared. The analysis of an anomalous microlensing event, observed in the season 2010, was used to test the newly developed GPU-model for fitting light curves. According to the Besancon population synthesis model of the Galaxy, a physical interpretation of the system was given, indicating that one component is likely to be a substellar object. A planetary system can be excluded for both components. The second component is either a low-mass star or a heavy brown dwarf. The work is concluded with estimates for the limiting magnitudes for two space missions, namely the Heliospheric Imagers 1 (HI 1) onboard the STEREO satellites and the planned PLATO mission, where the latter could be used for observing highly magnified microlensing events.
Keywords: gravitational microlensing; binary-lens model; photometry; GPU computing
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Die Simulation von Mikrogravitationslinsenlichtkurven ist ein zeitaufwändiges Unterfangen, das jedoch unerlässlich ist um potentielle planetare Mikrogravitationslinsenereignisse zu bestätigen. In dieser Arbeit wurde ein punktweises Doppellinsenmodell entwickelt und parallelisiert auf Grafikprozessoren (GPUs). Da die meisten Grafikkarten Fließkommazahlen nur in einfacher Genauigkeit verarbeiten können, wurde ein Hauptaugenmerk auf das Verständnis und die Kontrolle numerischer Unsicherheiten gerichtet. Um den Anpassungsprozeß zu beschleunigen wurden informationstheoretische Konzepte ausgenutzt. Basierend auf der Einsicht, dass Beobachtungen unterschiedlich zum Gesamtinformationsgehalt beitragen, wurden Untermengen von Lichtkurven gebildet, gemäß dem Zustand eines Markov-Chain-Monte-Carlo-Verfahren. Fernerhin konnte der Informationsgehalt genutzt werden um die Abtastung von Punktlinsenlichtkurven zu optimieren. In einem weiteren wesentlichen Projekt wurden Nachfolgebeobachtungen im Rahmen des MiNDSTEp-Konsortiums durchgeführt und eine Datenreduktionspipeline wurde vorbereitet. Die Analyse eines unregelmäßigen Mikrogravitationslinsenereignisses in der Saison 2010 wurde verwendet um das implementierte GPU-Modell im Rahmen der Anpassung dieser Lichtkurve zu testen. Gemäß dem Besancon-Populationssynthese-Modell konnte eine physikalische Interpretation des Systems gegeben werden, die darauf hinweist, dass eine Komponente des Systems ein substellares Objekt sein könnte. Ein Planet kann in diesem Zusammenhang für beide Komponenten ausgeschlossen werden. Die zweite Komponente des Systems kann aus einem schweren brauen Zwerg oder einem massearmen Stern bestehen. Diese Arbeit wird abgeschlossen von Abschätzungen der begrenzenden Magnitude für zwei Weltraummissionen und zwar für die Heliospheric Imagers 1 (HI 1) an Bord der STEREO Satelliten und für die geplante PLATO Mission, wobei letztgenannte für die Beobachtung von hoch-verstärkten Mikrolinsenereignissen genutzt werden könnte.
Schlagwörter: Mikrogravitationslinseneffekt; Doppellinsenmodell; Photometrie; GPU Computing