Das Unsichtbare sichtbar machen

Ein neues Infrarot-Instrument schärft den Blick des größten optischen Teleskops der Welt

21. April 2010

Zehn Jahre haben deutsche, amerikanische und italienische Astronomen entwickelt, gebaut und getestet - jetzt ist LUCIFER 1 fertiggestellt. Das erste von zwei innovativen Instrumenten, jedes eine Kamera für Bilder und Spektren, hat seinen Betrieb am Large Binocular Telescope (LBT) auf dem Mount Graham in Arizona aufgenommen. Mit LUCIFER 1 wollen die Forscher tiefe Einblicke in das Universum gewinnen - von unserer Milchstraße bis hin zu den fernsten Galaxien. Das Gerät wurde von einem Konsortium deutscher Institute gebaut. Sein Zwilling soll Anfang 2011 zum Einsatz kommen.

Schnappschuss einer Geburtsstätte von Sternen in unserer Milchstraße: die massereiche Sternentstehungsregion in der gigantischen Molekülwolke S255 in etwa 8000 Lichtjahren Entfernung von der Erde. Solche Wolken sind im optischen Bereich nicht durchsichtig. Das infrarote Licht hingegen kann den Staub durchdringen - das LUCIFER-Bild zeigt den Haufen neugeborener Sterne und seine komplexe Umgebung daher in ganzer Pracht.

Infrarotlicht eröffnet den Astronomen ein wichtiges Fenster zu einer Welt, die im Sichtbaren verborgen bleibt. LUCIFER mustert das All in diesem Spektralbereich. Dank des innovativen Designs werden die Forscher etwa die Geburtsstätten von Sternen, die sich normalerweise hinter dichten Staubwolken verbergen, in hoher Detailschärfe unter die Lupe nehmen. Das Instrument bietet zudem sehr große Flexibilität: Beispiel dafür ist ein Roboterarm, der Masken für die Spektroskopie selbst bei den notwendigen, extrem kalten Betriebstemperaturen austauscht; denn um im nahen Infrarot sehen zu können, muss das Instrument auf minus 213 Grad Celsius gekühlt werden.

LUCIFER und sein Zwilling sind in den Brennpunkten der beiden 8,4-Meter-Spiegel des Large Binocular Telescope (LBT) montiert. Die Mehrzweckinstrumente kombinieren ein großes Gesichtsfeld mit hoher Auflösung und bieten jeweils drei unterschiedliche Kameras für Bilder und Spektren in verschiedenen Auflösungen. Neben seinen herausragenden Eigenschaften für die Aufnahme von Bildern mit gegenwärtig bis zu 18 Filtern erlaubt LUCIFER die simultane Spektroskopie von etwa zwei Dutzend Objekten im Infraroten durch lasergefertigte Schlitzmasken. Der oben erwähnte Roboter entnimmt die Masken aus einem Magazin und platziert sie mit absoluter Präzision in der Brennebene.

Rund 6,2 Millionen Lichtjahre ist die schwache irreguläre Zwerggalaxie NGC 1569 entfernt. Auf dem Bild erscheinen große Gebiete, in denen Sterne mit einer mehr als hundertfach höheren Rate geboren werde als in unserer Galaxie. Im sichtbaren Licht zeigt der Kern der Galaxie lediglich drei Sternhaufen, jeder mit etwa einer Million Sternen.

"In Kombination mit der großen Lichtstärke des Teleskops sind die Astronomen nun in der Lage, die spektralen Fingerabdrücke der schwächsten und am weitesten entfernten Objekte im Kosmos zu sammeln", sagt Richard Green, der Direktor des LBT. "Nach der Fertigstellung der adaptiven Sekundärspiegel des Teleskops zur Korrektur atmosphärischer Turbulenzen wird LUCIFER seine volle Leistungsfähigkeit zeigen und Bilder liefern, wie man sie bisher nur von weltraumgebundenen Observatorien kennt."

Walter Seifert (LSW), Nancy Ageorges (MPE) and Marcus Jütte (AIRUB), waren verantwortlich für die erfolgreiche Inbetriebnahme von LUCIFER 1 und verbrachten mehr als ein halbes Jahr am LBT für verschiedene Tests und Beobachtungen, um die Kombination aus Teleskop und Instrument effizient zum Laufen zu bringen.

Ausschnitt aus einem Multi-Objekt-Spektrum. Zu sehen sind die Spuren von heißem Gas, aufgeheizt durch junge Sterne, in Entfernungen von Milliarden von Lichtjahren. Ein Spektrum ist die Aufspaltung des Lichts in seine verschiedenen Wellenlängen (Farben). Bei bestimmten Wellenlängen zeigen sich leuchtende Linien, welche die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Bedingungen eines Objekts widerspiegeln. Für weit entfernte Galaxien findet man die interessantesten dieser "Fingerabdrücke" im Nah-Infrarot, wo Beobachtungen bislang auf wenige Objekte beschränkt waren. Mit LUCIFER und dem LBT lassen sich jetzt große Stichproben untersuchen.

"Von Beginn an gab es eine große gemeinsame Begeisterung aufgrund der Aussicht, mit dem Instrument Wissenschaft auf Weltniveau machen zu können. Nun sprechen die ersten Bilder für sich", sagt Holger Mandel, der verantwortliche Wissenschaftler für LUCIFER. Und Thomas Henning, Vorsitzender der deutschen LBT-Partner, ergänzt: "Bereits die ersten Beobachtungen von Sternentstehungsgebieten geben uns einen Eindruck vom enormen Potenzial des neuen Instruments."

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Das Large Binocular Telescope (LBT) ist eine Kollaboration folgender Partner: Italian astronomical community (National Institute of Astrophysics - INAF), University of Arizona, Arizona State University, Northern Arizona University, LBT-Beteiligungsgesellschaft in Deutschland (Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Astrophysikalisches Institut in Potsdam, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in München und Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn), Ohio State University and Research Corporation (Ohio State University, University of Notre Dame, University of Minnesota, and University of Virginia).

Die Instrumente wurden von einem Konsortium aus fünf deutschen Instituten gebaut (unter der Leitung des Zentrums für Astronomie Heidelberg (Landessternwarte Heidelberg, LSW) in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg (MPIA), dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching (MPE), dem Astronomischen Institut der Ruhr-Universität in Bochum (AIRUB), sowie der Hochschule Mannheim).

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