Photometric redshifts and properties of galaxies from the sloan digital sky survey

The determination of photometric redshifts is essential for many subjects in cosmology and extragalactic astronomy, like the large scale structure of the Universe, gravitational lensing, or galaxy evolution. If the spectral energy distribution (SED) of a galaxy is measured with high enough spectral resolution, the redshift can be easily derived through the absorption and emission lines which are created by the elements in the galaxy. However, currently more telescopes are equipped with large cameras with charged coupled devices (CCDs) that observe the sky through optical filters. With these photometric observations it is possible to detect much fainter astronomical objects than with spectroscopy. Furthermore, photometric observations are less time consuming and cheaper in comparison, wherefore they are preferentially used for observations of statistical meaningful cosmological volumes. Nonetheless, photometric data, which are often gained by observations through broadband filters, are not as precisely resolved as spectra. Therefore one does not have information about the accurate position in wavelength of spectral lines, but only about the overall shape of the SED. This is the reason why so-called photometric redshifts have to be derived by statistical means. One approach to estimate the redshift through photometry alone are template fitting methods which compare the fluxes predicted by model spectra with the observations. After that, a likelihood analysis is performed with which a probability density function P(z) and the most probable value of z can be derived. To achieve high accuracies with photometric redshift template fitting techniques, the model spectra as well as their corresponding prior probabilities have to be chosen carefully. In this work I use photometric and spectroscopic data of luminous red galaxies from the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). I analyze the precision of photometric redshifts estimated with model SEDs specifically designed to match the set of luminous red galaxies of SDSS-II at redshifts z ≤ 0.5 in color and I compare them with published results. These models were created without information on their properties at wavelengths shorter than the SDSS u band. However, the galaxy UV characteristics derived from the model SEDs match those of other observations. Furthermore, I investigate the SED properties derived from the best fitting models with respect to spectroscopic data as functions of redshift and luminosity. At lower redshifts less luminous galaxies from our sample on average show increased signs of star formation in comparison to galaxies with higher luminosities. This is supported by analyses of the line strengths in the spectra. Moreover, star formation activity increases with increasing redshift which is caused by the aging of the galaxy population from higher to lower redshifts. I also generate model spectra for red galaxies from the SDSS-III located at even higher redshifts 0.45 ≤ z ≤ 0.9. For this I modify the shape of theoretical spectra to match the data of the analyzed galaxies to a better extent. The multidimensional space defined by the colors and the absolute magnitude of the galaxies is reduced to two dimensions through a self-organizing map. The map is then partitioned by a k-means algorithm which identifies clusters in the data. From the cluster cells I select model spectra which represent the galaxies from within the same cell. A selection of the models is then used as a template set for photometric redshift estimation. I find that our models improve the redshift accuracy in comparison to the results published by SDSS.Die Bestimmung kosmologischer Rotverschiebungen ist für viele Untersuchungen in der Kosmologie und extragalaktischen Astronomie essentiell. Dies sind z.B. Analysen der großskaligen Struktur des Universums, des Gravitationslinseneffekts oder der Galaxienentwicklung. In der Kosmologie statistisch aussagekräftige Volumina werden heutzutage meist durch Breitbandfilter beobachtet. Mit diesen photometrischen Beobachtungen kann man nur Aussagen über die grobe Form des Spektrums machen, weshalb man sich statistischer Mittel bedienen muss um die Rotverschiebung zu schätzen. Eine Methode zur Bestimmung photometrischer Rotverschiebungen ist es, Flüsse von Modellgalaxien in den Filtern bei verschiedenen Rotverschiebungen z vorherzusagen und mit den beobachteten Flüssen zu vergleichen (template fitting). Danach wird eine Likelihood-Analyse durchgeführt, in der die Vorhersagen mit den Beobachtungen verglichen werden, um die Wahrscheinlichkeitsdichte P(z) und die wahrscheinlichste Rotverschiebung zu bestimmen. Um mit template fitting Methoden möglichst genaue Ergebnisse zu erzielen, müssen die Modellspektren, sowie die zugehörigen a priori Wahrscheinlichkeiten sorgfältig ausgewählt werden. In dieser Arbeit nutze ich photometrische und spektroskopische Daten leuchtkräftiger roter Galaxien (LRGs) aus dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Ich untersuche die Genauigkeit photometrischer Rotverschiebungen, die mit Modellspektren erreicht werden, welche von mir speziell für den Satz LRGs bei z ≤ 0.5 (SDSS-II) entwickelt wurden, und vergleiche sie mit publizierten Ergebnissen. Diese Modelle wurden ohne Informationen aus Wellenlängenbereichen, die kurzwelliger als das SDSS u Band sind, erstellt. Die Galaxieneigenschaften, die wir aus den Modellen für den UV Bereich vorhersagen können decken sich allerdings mit denen aus anderen Beobachtungen. Darüber hinaus analysiere ich die sich daraus ergebenden Eigenschaften der am besten fittenden Modellspektren und vergleiche sie mit den spektroskopischen Daten. Aus den Ergebnissen ist abzuleiten, dass leuchtschwächere rote Galaxien bei niedriger Rotverschiebung im Mittel größere Anzeichen von Sternentstehung zeigen als leuchtkräftige, was durch Analysen der Spektren bestätigt wird. Überdies können wir einen Abfall im UV Fluss von höheren zu niedrigeren Rotverschiebungen hin beobachten, welcher durch die Alterung der Galaxienpopulation erzeugt wird. Desweiteren generiere ich Modellspektren für leuchtkräftige rote Galaxien aus SDSS-III bei höheren Rotverschiebungen 0.45 ≤ z ≤ 0.9. Ich modifiziere hierzu die Form theoretischer spektraler Energieverteilungen um die Farben der untersuchten Galaxien mit den Modellen bestmöglich wiedergeben zu können. Ich reduziere die Dimension des Raums, der durch die Farben und absoluten Helligkeiten aufgespannt wird, auf zwei Dimensionen mit einer selbstorganisierenden Karte. Diese wird mit einem k-means Algorithmus partitioniert indem wir Häufungspunkte der Daten identifizieren. Aus den sich ergebenden Partitionen selektiere ich einzelne Modellspektren, die die zugrundeliegenden Galaxien repräsentieren. Eine Auswahl aus den erstellten Modellen wird danach für die Schätzung photometrischer Rotverschiebungen verwendet, deren Genauigkeit über die von SDSS publizierten Ergebnisse hinausgeht

Die Rolle der Differenzierung des Selbst im erweiterten Zürcher Modell der sozialen Motivation am Beispiel einer systemischen Paartherapie

Theorie: Zur Verbesserung bestehender Psychotherapieverfahren ist Prozessforschung das Mittel der Wahl. In der vorliegenden Arbeit wird diese als Einzelfallforschung umgesetzt. Ein Weg der Prozessforschung ist die Überprüfung vorhandener Theorien, die Aussagen zu Veränderungsprozessen während der Psychotherapie machen. Die Theorieprüfung am Einzelfall ist möglich, wenn der Schluss von Empirie auf Theorie (Abduktion) mit einem qualitativen Verfahren des hermeneutischen Prozessvergleichs systematisch und nachprüfbar realisiert wird. Die psychotherapeutische Prozesstheorie, die in der vorliegenden Arbeit geprüft wird, ist das Konzept der Differenzierung des Selbst, ein in der systemischen Paar- und Familientherapie verbreitetes Konstrukt, das die emotionale Entwicklung Erwachsener beschreibt. Um diese Theorie als Prozess überprüfen zu können, wird dieser in seinen theoretischen Details weiter ausgearbeitet. Dies geschieht, indem das Konzept der Differenzierung des Selbst in ein allgemeinpsychologisches Rahmenmodell, das Zürcher Modell der sozialen Motivation (Bischof, 1993), das um spezifisch menschliche, kognitive Fähigkeiten erweitert wurde, eingebettet wird. Unter Einbeziehung einer Theorie der Moral (Bischof, 2012) kann über die Emotion Scham eine Verbindung zu klassischen Erkenntnissen der Selbstbestimmungstheorie (Deci & Ryan, 2000) und der Theorie der kognitiven Dissonanz (Festinger, 1957) hergestellt werden. Das aus dieser Theoriezusammenstellung hervorgehende Konzept eines Identitätsprozesses stellt, unter bestimmten Bedingungen, einen Vergleich von konkretem Verhalten und eigener Identität her, der dann als Dissonanz motivational wirksam wird, so dass die betreffende Person den Mut zu neuartigem Beziehungsverhalten aufbringt. Die Annahme, dass dieser Entwicklungsprozess ursächlich für paartherapeutischen Erfolg ist, wird getestet. Methode: Ein Fall systemischer Paartherapie nach dem Münchner Modell wird prozesshaft begleitet. Das Paar mittleren Alters hat schwerwiegende Schwierigkeiten, Konflikte beizulegen, und ist auch von individueller Symptombelastung betroffen. Es werden nach dem Messdesign von (Ulrich, 2012) Fragebögen vor und nach der Therapie und 6 Monate später, vor und nach jeder Sitzung und täglich auch zwischen den Sitzungen beantwortet. Verschiedene Messinstrumente zum individuellen und paarbezogenen Outcome, zu Kommunikationsmustern, Persönlichkeit, Motivation, Differenzierung, Befindlichkeit und therapeutischen Prozessen kommen dabei zum Einsatz. Ergebnisse: Mittels hermeneutischer Einzelfallwirksamkeitsanalyse nach (Elliott, 2002) wird festgestellt, dass die Paartherapie im vorliegenden Fall wirksam und für den Erfolg verantwortlich war. Mittels hermeneutischem Prozessvergleich wird festgestellt, dass nur die Partnerin einen Entwicklungsprozess im Sinne der Differenzierung des Selbst durchlaufen hat, wohingegen die Erfolgsbewertung des Partners auf Änderungen im Interaktionsmuster beruhen, die auf besagte Änderung der Partnerin zurückgehen. Diskussion: Glaubwürdigkeit und Möglichkeiten der Generalisierung werden diskutiert, Implikationen für die Theorie der Differenzierung des Selbst, die Verwendung des Messdesigns und die therapeutische Praxis werden aufgezeigt

Die Rolle der Differenzierung des Selbst im erweiterten Zürcher Modell der sozialen Motivation am Beispiel einer systemischen Paartherapie

Theorie: Zur Verbesserung bestehender Psychotherapieverfahren ist Prozessforschung das Mittel der Wahl. In der vorliegenden Arbeit wird diese als Einzelfallforschung umgesetzt. Ein Weg der Prozessforschung ist die Überprüfung vorhandener Theorien, die Aussagen zu Veränderungsprozessen während der Psychotherapie machen. Die Theorieprüfung am Einzelfall ist möglich, wenn der Schluss von Empirie auf Theorie (Abduktion) mit einem qualitativen Verfahren des hermeneutischen Prozessvergleichs systematisch und nachprüfbar realisiert wird. Die psychotherapeutische Prozesstheorie, die in der vorliegenden Arbeit geprüft wird, ist das Konzept der Differenzierung des Selbst, ein in der systemischen Paar- und Familientherapie verbreitetes Konstrukt, das die emotionale Entwicklung Erwachsener beschreibt. Um diese Theorie als Prozess überprüfen zu können, wird dieser in seinen theoretischen Details weiter ausgearbeitet. Dies geschieht, indem das Konzept der Differenzierung des Selbst in ein allgemeinpsychologisches Rahmenmodell, das Zürcher Modell der sozialen Motivation (Bischof, 1993), das um spezifisch menschliche, kognitive Fähigkeiten erweitert wurde, eingebettet wird. Unter Einbeziehung einer Theorie der Moral (Bischof, 2012) kann über die Emotion Scham eine Verbindung zu klassischen Erkenntnissen der Selbstbestimmungstheorie (Deci & Ryan, 2000) und der Theorie der kognitiven Dissonanz (Festinger, 1957) hergestellt werden. Das aus dieser Theoriezusammenstellung hervorgehende Konzept eines Identitätsprozesses stellt, unter bestimmten Bedingungen, einen Vergleich von konkretem Verhalten und eigener Identität her, der dann als Dissonanz motivational wirksam wird, so dass die betreffende Person den Mut zu neuartigem Beziehungsverhalten aufbringt. Die Annahme, dass dieser Entwicklungsprozess ursächlich für paartherapeutischen Erfolg ist, wird getestet. Methode: Ein Fall systemischer Paartherapie nach dem Münchner Modell wird prozesshaft begleitet. Das Paar mittleren Alters hat schwerwiegende Schwierigkeiten, Konflikte beizulegen, und ist auch von individueller Symptombelastung betroffen. Es werden nach dem Messdesign von (Ulrich, 2012) Fragebögen vor und nach der Therapie und 6 Monate später, vor und nach jeder Sitzung und täglich auch zwischen den Sitzungen beantwortet. Verschiedene Messinstrumente zum individuellen und paarbezogenen Outcome, zu Kommunikationsmustern, Persönlichkeit, Motivation, Differenzierung, Befindlichkeit und therapeutischen Prozessen kommen dabei zum Einsatz. Ergebnisse: Mittels hermeneutischer Einzelfallwirksamkeitsanalyse nach (Elliott, 2002) wird festgestellt, dass die Paartherapie im vorliegenden Fall wirksam und für den Erfolg verantwortlich war. Mittels hermeneutischem Prozessvergleich wird festgestellt, dass nur die Partnerin einen Entwicklungsprozess im Sinne der Differenzierung des Selbst durchlaufen hat, wohingegen die Erfolgsbewertung des Partners auf Änderungen im Interaktionsmuster beruhen, die auf besagte Änderung der Partnerin zurückgehen. Diskussion: Glaubwürdigkeit und Möglichkeiten der Generalisierung werden diskutiert, Implikationen für die Theorie der Differenzierung des Selbst, die Verwendung des Messdesigns und die therapeutische Praxis werden aufgezeigt

Promoting future teachers' evidence-informed reasoning scripts: effects of different forms of instruction after problem-solving

Pre-service teachers face difficulties when dealing with problem situations in the classroom if their evidence-informed reasoning script (EIRS) is not adequately developed. An EIRS might be promoted by demonstrating how to implement evidence-informed reasoning after a problem-solving activity on an authentic case. However, it is unclear what form of instruction is appropriate to promote pre-service teachers in the development of an EIRS. The present 2×3-factorial experimental intervention study investigated how different forms of instruction on functional procedures (example-free vs. example-based) and on dysfunctional procedures (without vs. example-free vs. example-based) affect the development of an EIRS. N = 384 pre-service teachers worked on a written case vignette of a problem situation in a problem-solving phase, in which the crucial steps of the EIRS were prompted externally. In the subsequent instruction phase, the participants compared their own solution with an example-free or example-based instruction on functional procedures, which was either supplemented by an example-free or example-based instruction on typical dysfunctional procedures or not at all. The participants’ learning success (declarative EIRS; near and far transfer problem-solving performance) and error awareness were assessed. The results revealed that the example-based instruction on functional procedures led to a higher learning success than the example-free instruction. Both forms of instruction on dysfunctional procedures improved learning success compared to learning without one. During learning, error awareness was higher for learners who worked with an example-free instruction on dysfunctional procedures. In order to promote the development of an EIRS in pre-service teachers, it is promising to provide instruction after problem-solving that presents a functional example of evidence-informed reasoning for the given problem and that also points out typical dysfunctional approaches to solving the problem. The results highlight the importance of selecting appropriate scaffolds in case-based learning approaches that aim to develop cognitive schemata. The mechanisms that explain when and why instructions on dysfunctional procedures work need to be further explored

Pre-service teachers' evidence-informed reasoning: do attitudes, subjective norms, and self-efficacy facilitate the use of scientific theories to analyze teaching problems?

Using the theory of planned behavior, we investigated whether attitudes, subjective norms, and self-efficacy facilitate pre-service teachers’ engagement in evidence-informed reasoning about classroom problems. N=157 pre-service teachers were asked about these motivationally relevant antecedents to engaging in evidence-informed reasoning about classroom-related challenges and analyzed case scenarios of problematic teaching situations. Results revealed that self-reported evidence-informed reasoning was directly predicted by intention to engage in evidence-informed reasoning, self-efficacy, and attitude toward evidence-informed reasoning. However, the objectively coded quality of teachers’ evidence-informed reasoning was seemingly negatively predicted by perceived costs and self-efficacy. Thus, the theory of planned behavior partly explained selfreported evidence-informed reasoning, but not objectively observed reasoning. Pre-service teachers might not be skilled enough to assess their own competency accurately and might be unaware of external conditions facilitating or hindering evidence-informed reasoning. Thus, interventions aiming to foster pre-service teachers’ motivation to engage in evidence-informed reasoning might not be effective until such teachers gain the necessary skills

Photometric Redshifts and Systematic Variations in the SEDs of Luminous Red Galaxies from the SDSS DR7

We describe the construction of a template set of spectral energy distributions (SEDs) for the estimation of photometric redshifts of luminous red galaxies (LRGs) with a Bayesian template fitting method. By examining the color properties of several publicly available SED sets within a redshift range of 0<z<0.5 and comparing them to SDSS DR7 data, we show that only some of the investigated SEDs approximately match the colors of the LRG data throughout the redshift range, however not at the quantitative level required for precise photometric redshifts. We generate new SEDs by superposing model SEDs of composite stellar populations with a burst model, allowing both components to be reddened by dust, in order to match the data in five different redshift bins. We select a set of SEDs which represents the LRG data in color space within five redshift bins, thus defining our new SED template set for photometric redshift estimates. The results we get with the new template set and our Bayesian template fitting photometric redshift code (PhotoZ) are nearly unbiased, with a scatter of \sigma(\Delta z)=0.027 (including outliers), and a fraction of catastrophic outliers (|z_phot-z_spec|/(1+z_spec)>0.15) of 0.12%. We show that templates that optimally describe the brightest galaxies (-24.5<M_R<-22.7) indeed vary from z=0.1 to z=0.5, consistent with aging of the stellar population. Furthermore, we find that templates that optimally describe galaxies at z<0.1 strongly differ as a function of the absolute magnitude of the galaxies, indicating an increase in star formation activity for less luminous galaxies. Our findings based on the photometry of the SDSS LRGs and our SED template fitting are supported by comparison to the average SDSS LRG spectra in different luminosity and redshift bins.Comment: 21 pages, 25 figures, accepted for publication in the Astrophysical Journal (ApJ

Using natural language processing to support peer‐feedback in the age of artificial intelligence: A cross‐disciplinary framework and a research agenda

Advancements in artificial intelligence are rapidly increasing. The new-generation large language models, such as ChatGPT and GPT-4, bear the potential to transform educational approaches, such as peer-feedback. To investigate peer-feedback at the intersection of natural language processing (NLP) and educational research, this paper suggests a cross-disciplinary framework that aims to facilitate the development of NLP-based adaptive measures for supporting peer-feedback processes in digital learning environments. To conceptualize this process, we introduce a peer-feedback process model, which describes learners' activities and textual products. Further, we introduce a terminological and procedural scheme that facilitates systematically deriving measures to foster the peer-feedback process and how NLP may enhance the adaptivity of such learning support. Building on prior research on education and NLP, we apply this scheme to all learner activities of the peer-feedback process model to exemplify a range of NLP-based adaptive support measures. We also discuss the current challenges and suggest directions for future cross-disciplinary research on the effectiveness and other dimensions of NLP-based adaptive support for peer-feedback. Building on our suggested framework, future research and collaborations at the intersection of education and NLP can innovate peer-feedback in digital learning environments

Using natural language processing to support peer‐feedback in the age of artificial intelligence: a cross‐disciplinary framework and a research agenda

Advancements in artificial intelligence are rapidly increasing. The new-generation large language models, such as ChatGPT and GPT-4, bear the potential to transform educational approaches, such as peer-feedback. To investigate peer-feedback at the intersection of natural language processing (NLP) and educational research, this paper suggests a cross-disciplinary framework that aims to facilitate the development of NLP-based adaptive measures for supporting peer-feedback processes in digital learning environments. To conceptualize this process, we introduce a peer-feedback process model, which describes learners' activities and textual products. Further, we introduce a terminological and procedural scheme that facilitates systematically deriving measures to foster the peer-feedback process and how NLP may enhance the adaptivity of such learning support. Building on prior research on education and NLP, we apply this scheme to all learner activities of the peer-feedback process model to exemplify a range of NLP-based adaptive support measures. We also discuss the current challenges and suggest directions for future cross-disciplinary research on the effectiveness and other dimensions of NLP-based adaptive support for peer-feedback. Building on our suggested framework, future research and collaborations at the intersection of education and NLP can innovate peer-feedback in digital learning environments

Editorial: Evidence-informed reasoning of pre- and in-service teachers

Evidence-informed reasoning as an important requirement for pre- and in-service teachers How can I help my students acquire the skill of dividing fractions? How can I increase my students' learning motivation? What is the reason for Fiona's learning difficulties? These are just a couple of problems that teachers face in their classes on a daily basis. To competently cope with such problems, teachers should be able to retrieve, use, and apply evidence from Educational Science, Educational Psychology, and subject-matter didactics, and, in that way, engage in “evidence-informed reasoning” (e.g., Greisel et al., 2023). This Research Topic assembles scientific contributions that refer to four questions: (1) What does evidence-based education mean and why is it important? (2) What are barriers for pre- and in-service teachers' evidence-informed reasoning? (3) How can pre- and in-service teachers' evidence-informed reasoning be scaffolded? (4) How does in-service teachers' evidence-informed reasoning impact student performance