title: ALMA observations of R Sculptoris
Creators: name: Brunner, Magdalena
Publisher: name: :none
Year: 2013

description: In dieser Arbeit präsentiere ich anhand eines Beispiels, dem Asymptotic Giant Branch (AGB) Stern R Sculptoris, eine grundlegende Anleitung zur Reduktion und Verwendung von Daten, die mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) aufgenommen wurden. R Sculptoris ist einer der wenigen AGB Sterne, die eine beobachtete sehr dünne, sphärisch symmetrische Gas- bzw. Staubschale besitzen, die sich von der zirkumstellaren Hülle des AGB Sterns deutlich abhebt. Der Ursprung dieser abgesonderten Schalen ist noch nicht vollständig geklärt, aber aktuelle Theorien sagen voraus, dass die Schalen durch einen sogenannten "thermal pulse'' entstehen können, bei dem in sehr kurzer Zeit sehr viel Masse des Sterns ausgeschleudert wird. ALMA Beobachtungen der CO(3-2) Linienemission von R Sculptoris' molekularer Gasschale zeigen, dass zuvor als Klumpen und Filamente angesehene Emissionsgebiete innerhalb der Schale eine Spiralstruktur bilden, die bisher mit niedrigerer räumlicher und spektraler Auflösung nicht sichtbar war. Da ALMA nach den Prinzipien der Radio-Interferometrie arbeitet, ist die Datenreduktion in zwei komplexe Teile unterteilt, die mit der "Common Astronomy Software Application (CASA)'' durchgeführt werden können. Das Ziel meiner Arbeit ist es, eine in sich geschlossene, zusammengefasste Anleitung zur ALMA Datenreduktion zu geben, die als Ausgangspunkt für die selbstständige Datenreduktion von beliebigen Datensets dienen soll. Zu diesem Zweck werden zwei in CASA ausführbare Skripten bereitgestellt, die für die Anwendung auf anderen Datensets angepasst werden können. Die Ergebnisse der Datenreduktion für R Sculptoris zeigen, dass die Spiralstruktur des Massenverlusts vermutlich durch die Interaktion mit einem bisher unbekannten Begleitstern von R Sculptoris zustande gekommen ist. Durch die Parameter der Spirale lassen sich Annahmen über die Entwicklung des Massenverlusts treffen, der kurz nach der Entstehung der Gasschale eine Verringerung der Geschwindigkeit erfahren haben muss. Diese Arbeit reflektiert die wissenschaftliche Bedeutung von ALMA Beobachtungen am Beispiel von R Sculptoris, und soll den Lesern als Einstieg in die ALMA Datenreduktion und hilfreiche Anleitung vom Schreiben eines ALMA Beobachtungsantrags bis zur Auswertung der Daten dienen.
description: In this work I present and explain the data reduction process for data taken with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) on the example of the Asymptotic Giant Branch (AGB) star R Sculptoris. This star shows a detached molecular and dusty shell, which is formed during the late evolutionary stage of the AGB, probably initiated by a thermal pulse. In the AGB phase, stars exhibit a strong mass loss and can develop subsequent thermal pulses, where even more mass is expelled from the star into the extended stellar envelope. The exact origin and formation process of detached shells is not clear yet, but is most likely linked to the occurrence of these thermal pulses. With ALMA, the molecular CO(3-2) emission of the detached shell around R Sculptoris can be mapped with unprecedented spatial and spectral resolution, focusing on previously detected but not resolved clumps and arcs seen within the shell. The data reduction of the ALMA data on R Sculptoris is done with the Common Astronomy Software Application (CASA), and consists of the data calibration and imaging part, which are both rather complex procedures, because the observations are based on the principles of radio interferometry. The aim of this work is to present tutorial-like instruction and guide through the whole data reduction process, with the help of self-written data reduction scripts, which can also be used for the reduction of other data if slightly adapted. The output images of R Sculptoris are analyzed and conclusions can be drawn on the mass loss history of the AGB star, because the previously detected clumpy structure within the circumstellar envelope turns out to follow a spiral, connecting the detached shell with the star. This spiral structure, which is most certainly created by the interaction of the mass loss with an up to now unknown binary companion, allows to trace the mass loss history since the creation of the detached shell, and investigate the mass loss velocity evolution during this whole period - which is found to have decreased since the formation of the detached shell. This work highlights the high impact of ALMA observations, even in the early science phase, and should serve as supportive handbook for new ALMA users through the various steps from proposal writing to the publication of ALMA data.