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Scharfe Bilder am Large Binocular Telescope – »Erstes Licht« für ARGOS

18. Dezember 2014

Mit großem Erfolg wurde vor kurzem das Laserleitsternsystem ARGOS am Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona getestet. Dieses System erlaubt hochaufgelöste Beobachtungen an jeder beliebigen Stelle des Himmels mittels künstlich erzeugter Sterne im Gesichtsfeld des Teleskops. Mit diesen »Lasersternen« kann die durch Luftturbulenzen erzeugte Unschärfe der Bilder weitgehend korrigiert werden.

Noch bis vor wenigen Jahren hatten selbst die größten und besten Teleskope der Welt ein unvermeidliches Problem: Ihr theoretisch mögliches Auflösungsvermögen wurde bei weitem nicht erreicht, weil die Bilder der Sterne durch Turbulenzen in der Erdatmosphäre verschmiert werden. Ein Teil dieses Effekts ist beispielweise das mit bloßem Auge erkennbare Funkeln der Sterne. Durch die Entwicklung der sogenannten Adaptiven Optik (AO) konnte dieses Problem insbesondere im für die Astronomie so wichtigen Nah-Infrarotlicht gelöst werden. Mit Hilfe schnell deformierbarer Spiegel im Strahlengang können heute komplementäre Bildfehler erzeugt werden, die jene, durch Luftunruhe erzeugte Fehler kompensieren. Um dies in Echtzeit zu erreichen, müssen die Bilder einiger heller Sterne im Gesichtsfeld des Teleskops – also in der Umgebung des eigentlichen Beobachtungsobjekts – permanent analysiert werden, um die AO zu steuern. Leider fehlen in vielen Himmelsgebieten solche Sterne und eine adaptive Korrektur ist unmöglich.

Genau hier setzt ARGOS an. Insgesamt sechs leistungsstarke gepulste Neodym-YAG-Laser (jeweils drei Laserstrahlen für jeden der beiden 8.4m-Spiegel des LBT) erzeugen in Blickrichtung des Teleskops künstliche Sterne in der Erdatmosphäre durch Rayleigh-Streuung und erlauben in dieser Anordnung besonders gut die Vermessung der Luftturbulenzen der unteren Luftschichten (des sogenannten »Ground Layer«). So kann ein großes Gesichtsfeld, nicht perfekt, aber gleichförmig korrigiert werden.

Ende November 2014 ist nun ein wichtiger Schritt bei der Implementierung des Systems gelungen: erstmals wurden drei Lasersterne für die AO-Korrektur des rechten 8.4m-Spiegels verwendet und erzielten auf Anhieb eine sehr gute Korrektur des Gesichtsfeldes des Nah-Infrarot-Instrumentes LUCI2 (einer Kamera mit Spektrographen). Dies zeigt beispielhaft die Aufnahme des Kugelsternhaufens NGC 2419 (siehe Bild 1) – einmal mit, und einmal ohne adaptive Korrektur. Bei den besten Aufnahmen in den Infrarotbändern J, H und K konnte die Bildschärfe um einen Faktor 4 verbessert werden. Während die Luftunruhe bestenfalls Bilder mit einer Auflösung von knapp einer Bogensekunde erlaubte, konnte nach Einschalten von ARGOS und der AO eine Auflösung von 0.2-0.3 Bogensekunden erzielt werden.

ARGOS wird unter Leitung des MPE (Garching) gemeinsam mit den anderen LBT-Partnern MPIA, LSW (beide Heidelberg), AIP (Potsdam), MPIfR (Bonn), INAF (Arcetri in Italien) und UoA (USA) entwickelt.

<strong>Abbildung 1:</strong> Der Kugelsternhaufen NGC 2419 &ndash; links ohne und rechts mit adaptiver Korrektur mithilfe der ARGOS Laserleitsterne. Die erh&ouml;hte Bildsch&auml;rfe ist deutlich erkennbar. Weiterhin sieht man, dass die h&ouml;here Aufl&ouml;sung (0.2-0.3 Bogensekunden) zudem auch zu einer verbesserten Detektion schw&auml;cherer Sterne f&uuml;hrt, weil das Licht der Objekte auf weniger Pixel verteilt wird und so das Signal-zu-Rausch-Verh&auml;ltnis deutlich steigt. Bild vergrößern
Abbildung 1: Der Kugelsternhaufen NGC 2419 – links ohne und rechts mit adaptiver Korrektur mithilfe der ARGOS Laserleitsterne. Die erhöhte Bildschärfe ist deutlich erkennbar. Weiterhin sieht man, dass die höhere Auflösung (0.2-0.3 Bogensekunden) zudem auch zu einer verbesserten Detektion schwächerer Sterne führt, weil das Licht der Objekte auf weniger Pixel verteilt wird und so das Signal-zu-Rausch-Verhältnis deutlich steigt.
 
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