Large Binocular Telescope

Erste erfolgreiche Lichtmessungen mit Instrument PEPSI

© Fraunhofer IOF

Image-Slicer, fertig aufgebaut und in Halterung montiert.

Die Installation des am Potsdamer Leibniz-Institut für Astrophysik (AIP) entwickelten Instrument PEPSI (Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument) wurde erfolgreich fertiggestellt und am Large Binocular Telescope (LBT) auf Mount Graham, Arizona, in Betrieb genommen. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena lieferte dafür funktionsentscheidende Komponenten. Mithilfe des PEPSI-Instruments, das an eines der weltweit leistungsfähigsten Teleskope angeschlossen ist, können Astronominnen und Astronomen genauere Hinweise über die Eigenschaften entfernter Sterne oder Exoplaneten als bisher möglich gewinnen.

Das Instrument PEPSI kombiniert ein Polarimeter mit einem Spektrografen, wodurch sich neue Erkenntnisse über die Magnetfelder von Sternen und die Atmosphären von extrasolaren Planeten gewinnen lassen. Das Polarimeter spaltet das Licht von Sternen gemäß dessen Schwingungsebenen auf. Im Gegensatz dazu zerlegt ein Spektrograf das Licht nach der Schwingungsfrequenz der Wellen. Wenn Astronomen Polarimeter und Spektrograf sowie ein leistungsstarkes Teleskop kombinieren, können sie Spektren von polarisiertem Licht erstellen. Dies erlaubt es ihnen wiederum, die Wellenfront des eintreffenden Sternenlichts vollständig zu charakterisieren und Details, die sonst verborgen blieben, offenzulegen.

Für einen ersten Funktionstest haben Wissenschaftler das Teleskop auf den Stern Gamma Equ gerichtet und polarisiertes Licht, das in bestimmten Ausbreitungsrichtungen bevorzugt schwingt, erhalten. Mithilfe der so erstellten Spektren können Astronominnen und Astronomen beispielsweise ableiten, wie die Geometrie und Stärke von magnetischen Feldern auf den Oberflächen von weit entfernten Sternen beschaffen sind, oder das Sternlicht, das von den Atmosphären potenziell bewohnbarer Exoplaneten reflektiert wird, untersuchen.

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena lieferte dafür Bauteile, die entscheidend für die Funktionsweise des Polarimeters sind. Forscher rund um Gruppenleiter Dr. Erik Beckert arbeiteten beispielsweise an der Entwicklung der sogenannten PFU-Optiken (Permanent Fiber Units), die sowohl zur Teleskopsteuerung als auch zur Weiterleitung des über die Teleskop-Spiegel eingesammelten Sternenlichts an den Spektrographen dienen. Für den fasergekoppelten Spektrografen wurde ein wellenleiter-basierter Image-Slicer zur Optimierung der Auflösung bis zum Faktor 300.000 entwickelt, für das Polarimeter wurden ein spannungsarm gelöteter Kollimator sowie ein Fosterprisma mit großer Apertur zur Aufspaltung des polarisierten Lichts aufgebaut.    

Dank dieser Hochleistungs-Instrumente ist es nun möglich, das Sternenlicht von den beiden 8,4 Meter durchmessenden LBT-Hauptspiegeln mitmikroskopisch dünnen Glasfaserkabel mit einem Durchmesser von nur 0,1 Millimetern zum Spektrografen leiten und dort bzw. im Polarimeter zu analysieren. Somit können alle Lichtspektren vom ultravioletten bis ins infrarote z.B. zur Messung magnetischen Feldern von Sternen mit einer enorm hohen Präzision genutzt werden. Mithilfe aktiver Optiken im Inneren der PFUs können außerdem Abbildungsfehler der durch Schwerkraft und thermische Ausdehnung bedingten Deformation der beiden großen Hauptspiegel kompensiert werden.
 

Zum Large Binocular Telescope (LBT):

Das Large Binocular Telescope (LBT) befindet sich am Mt. Graham International Observatory in Arizona, USA. Dank seines neuartigen Designs sammelt es das Licht aus dem Universum simultan mit zwei kreisrunden Spiegeln, die jeweils einen Durchmesser von 8,4 Metern besitzen. Die gesamte Auffangfläche entspricht der eines Einzelspiegels von 11,8 Metern Durchmesser. Damit ist das LBT in Bezug auf die Lichtsammlung das gegenwärtig leistungsfähigste Teleskop in der Welt auf einer einzelnen Montierung. Verschiedene Instrumente zur Bündelung des Lichts der beiden Spiegel im sogenannten Interferometrie-Modus befinden sich in der Entwicklung. Sie werden es dem LBT schließlich ermöglichen, eine etwa zehnmal so hohe Bildauflösung wie das Hubble Weltraumteleskop zu haben.