Polarisiertes Sternenlicht fein aufgelöst

Die Installation des am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) entwickelten Instruments PEPSI (Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument) am Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona ist erfolgreich fertig gestellt und die beiden Polarimeter in den Brenn­punkten des LBT montiert. Wissenschaftler haben das Teleskop auf den Stern Gamma Equulei gerichtet und polarisiertes Licht beobachtet. Mithilfe der so erstellten Spektren können 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.

Ein 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 wiederum, die Wellenfront des eintreffenden Sternenlichts vollständig zu charakterisieren und Details, die sonst verborgen blieben, offenzulegen.

Bei der Analyse des magnetischen Referenz­sterns Gamma Equulei erhielten die Wissenschaftler eine Reihe von Spektren in zirkular und linear polarisiertem Licht. Diese Spektren haben eine Auflösung von R=120.000, was bedeutet, dass sie zwei Wellenlängen noch separieren können, die nur fünf Hundertstel vom Durchmesser eines Wasserstoff-Atoms auseinander sind. Die gemessenen Spektren umfassen zudem gleichzeitig zwei große Wellenlängen-Regionen im optischen Bereich und erreichen ein Signal-zu-Rauschen-Verhältnis von 900 in 12 Minuten Belichtungszeit. Da die beiden Polarimeter für die beiden LBT-Teleskope – jedes hat einen Spiegel mit einem Durchmesser von 8,4 Metern – im Design identisch und modular aufgebaut sind, konnte die zirkulare und lineare Polarisation simultan gewonnen werden.

Die Testmessung mit Gamma Equulei beinhaltete auch ein Null-Spektrum. Ein Null-Spektrum entsteht, wenn die differentielle Beobachtungs­sequenz in den zwei Fasern ausgetauscht wird. Das Null-Spektrum würde idealerweise alle Polarisation vom Stern auslöschen und wäre unabhängig von der Wellenlänge. Jede verbleibende Polarisation wäre somit auf Effekte des Instruments zurückzuführen. „Das Null-Spektrum für PEPSI zeigt einen außergewöhnlich niedrigen Grad von instrumenteller Polarisation“, sagt Klaus Strassmeier, Principal Investigator des Projekts. „Das ist etwa zehnmal besser als bei den derzeit besten existierenden Spektral­polarimetern, die an anderen Teleskopen verfügbar sind.“ Verschiedene Ausstattungs- und Design-Merkmale von PEPSI erlauben die optimale Konfiguration des Polarimeters. „PEPSI wird es uns zukünftig ermöglichen, die magnetischen Felder von Sternen mit einer enorm hohen Präzision zu messen“, betont Ilya Ilyin. Alle Partner, die am LBT beteiligt sind und zu denen auch die deutsche astronomische Gemeinschaft gehört, können PEPSI bereits am LBT nutzen.

AIP / DE