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Hochmodernes System Adaptiver Optik sieht erstes Licht
Deutliche Verbesserung in der Schärfe von MUSE-Aufnahmen

Geschrieben am 02.08.2017 in Kategorie: Astronomie

Nach mehr als einem Jahrzehnt der Planung, Konstruktion und Erprobung hat die Adaptive Optics Facility (AOF) mit dem Instrument MUSE erstes Licht gesehen und verblüffend scharfe Bilder von planetarischen Nebeln und Galaxien aufgenommen. Das Hauptteleskop 4 (Yepun) am Very Large Telescope (VLT) der ESO ist dadurch nun ein vollständig adaptives Teleskop. Durch die Kopplung der AOF mit MUSE wird es zu einem der fortschrittlichsten und leistungsstärksten Systeme, die je für die bodengebundene Astronomie gebaut wurden.

Die Adaptive Optics Facility (AOF) ist ein Langzeitprojekt am Very Large Telescope (VLT) der ESO, um ein System Adaptiver Optik für die Instrumente am Hauptteleskop 4 (engl. Unit Telescope 4, kurz UT4) zur Verfügung zu stellen, zu denen auch MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) gehört. Da durch den Einfluss der Erdatmosphäre Bilder verschwimmen, soll Adaptive Optik diese störenden Effekte kompensieren, so dass MUSE viel schärfere Aufnahmen machen kann. Da der Kontrast doppelt so hoch wie ohne diese Technik ist, kann MUSE nun noch lichtschwächere Objekte im Universum beobachten

Selbst wenn die Wetterbedingungen nicht perfekt sind, können Astronomen nun dank der AOF eine hervorragende Bildqualität erreichen“, erklärt Harald Kuntschner, AOF-Projektwissenschaftler bei der ESO.

Nachdem das neue System auf Herz und Nieren geprüft wurde, wurde das Team aus Astronomen und Ingenieuren mit einer Reihe eindrucksvoller Bilder belohnt. Den Forschern gelang beispielsweise die Beobachtung der planetarischen Nebel IC 4406 im Sternbild Wolf (lat. Lupus), sowie NGC 6369 im Sternbild Schlangenträger (gr. Ophiuchus). Die MUSE-Beobachtungen mit der AOF brachten tiefgreifende Verbesserungen in der Schärfe der Aufnahmen und enthüllten nie zuvor beobachtete Schalenstrukturen in IC 4406.

Die AOF, die diese Beobachtungen ermöglicht hat, setzt sich aus vielen Teilen zusammen. Dazu gehören die Four Laser Guide Star Facility (4LGSF) und der sehr dünne verformbare Sekundärspiegel des UT4. Die 4LGSF leuchtet mit vier 22-Watt-Laserstrahlen in den Himmel, um in der oberen Atmosphäre Natriumatome zum Leuchten zu bringen, wodurch am Himmel Lichtpunkte entstehen, die Sterne imitieren sollen. Sensoren im Adaptive-Optik-Modul GALACSI (Ground Atmospheric Layer Adaptive Corrector for Spectroscopic Imaging) verwenden diese künstlichen Laserleitsterne, um die atmosphärischen Bedingungen zu bestimmen.

Tausendmal pro Sekunde berechnet das AOF-System die notwendige Korrektur, um die Form des Sekundärspiegels des Teleskops anzupassen und so die atmosphärischen Störungen auszugleichen. Vor allem bis zu einer Höhe von einem Kilometer über dem Teleskop gleicht GALACSI die Turbulenz in der Atmosphärenschicht aus. Abhängig von den Bedingungen kann die atmosphärische Turbulenz mit der Höhe variieren, aber Untersuchungen haben gezeigt, dass die meisten atmosphärischen Störungen in dieser „Grundschicht“ der Atmosphäre auftreten.

Das AOF-System bewirkt im Prinzip einen ähnlichen Effekt, wie wenn wir das VLT um etwa 900 Meter anheben würden, über die turbulentesten Schichten in der Atmosphäre“, erklärt Robin Asenault, AOF-Projektleiter. „Wenn wir in der Vergangenheit schärfere Aufnahmen gewollt hätten, hätten wir einen besseren Ort finden oder ein Weltraumteleskop benutzen müssen – mit der AOF können wir jetzt einfach dort wo wir sind die Bedingungen deutlich verbessern, und das zu einem Bruchteil der Kosten.

Die von der AOF angewandten Korrekturen verbessern die Bildqualität umgehend und kontinuierlich, indem sie das Licht konzentrieren, um schärfere Bilder zu erzeugen, so dass MUSE feinere Details auflösen und lichtschwächere Sterne erkennen kann als bisher möglich. GALACSI bietet derzeit eine Korrektur über ein weites Sichtfeld, aber das ist nur einer von vielen Schritten, um MUSE mit Adaptiver Optik auszurüsten. Ein zweiter Modus von GALACSI ist in Vorbereitung und wird voraussichtlich Anfang 2018 das erste Licht sehen. Dieser Schmalfeldmodus korrigiert die Turbulenz in jeder Höhe, so dass Beobachtungen kleinerer Gesichtsfelder mit noch höherer Auflösung durchgeführt werden können.

Vor sechzehn Jahren, als wir den Bau des revolutionären MUSE-Instruments planten, war unsere Vision, es mit einem anderen sehr fortschrittlichen System zu koppeln, der AOF“, erzählt Roland Bacon, Projektleiter für MUSE. „Das bereits große Entdeckungspotential von MUSE wird nun weiter verbessert. Unser Traum wird Wirklichkeit.

Eines der wichtigsten wissenschaftlichen Ziele des Systems ist es, lichtschwache Objekte im fernen Universum mit der bestmöglichen Bildqualität zu beobachten, was Belichtungen von mehreren Stunden erfordern wird. Joël Vernet, MUSE- und GALACSI-Projektwissenschaftler, erläutert hierzu: „Insbesondere sind wir daran interessiert, die kleinsten, lichtschwächsten Galaxien in den größten Entfernungen zu beobachten. Diese Galaxien entstehen gerade erst – stecken also quasi noch in den Kinderschuhen – und sind der Schlüssel zum Verständnis, wie sich Galaxien bilden.

Darüber hinaus ist MUSE nicht das einzige Instrument, das von der AOF profitieren wird. In naher Zukunft wird ein weiteres System Adaptiver Optik namens GRAAL mit dem bestehenden Infrarot-Instrument HAWK-I in Betrieb gehen und dessen Blick auf das Universum noch schärfer machen. Es soll später von dem leistungsstarken neuen Instrument ERIS abgelöst werden.

Die ESO treibt die Entwicklung dieser Systeme Adaptiver Optiken voran, außerdem ist die AOF auch ein Wegbereiter für das Extremely Large Telescope der ESO“, fügt Arsenault hinzu. „Durch die Arbeit an der AOF haben wir – Wissenschaftler, Ingenieure und ebenso die Industrie – Erfahrungen und Fachkenntnisse von unschätzbarem Wert gewonnen, die wir nun dafür verwenden werden, die Herausforderungen beim Bau des ELT zu meistern.“

Quelle

ESO - Europäische Südsternwarte
Die "Europäische Organisation für astronomische Forschung in der südlichen Hemisphäre" oder auch kurz "Europäische Südsternwarte" ist ein Forschungsinstitut mit verschiedenen Observatorien.

Webseite: https://www.eso.org

Der planetarische Nebel IC 4406
Die Kopplung der AOF mit MUSE ermöglicht sowohl eine größere Schärfe als auch einen weiten dynamischen Bereich, in dem Himmelsobjekte wie planetare Nebel beobachtet werden können. Diese neuen Beobachtungen von IC 4406 brachten Schalen zum Vorschein, die noch nie zuvor beobachtet werden konnten, wie auch bereits bekannte dunkle Staubstrukturen im Nebel, die dem Objekt den bekannten Namen Retinanebel gaben.

Diese Aufnahme zeigt einen Bruchteil der gesamten Daten, die mit MUSE und dem AOF-System gesammelt wurden, und demonstriert das verbesserte Leistungsvermögen des neu mit der AOF ausgestatteten MUSE-Instruments.
© ESO / J. Richard (CRAL)
NGC 6369 vor und nach der AOF
Der planetare Nebel NGC 6369 mit natürlichem Seeing (links) und wenn die AOF die Grundschicht der turbulenten Atmosphäre korrigiert (rechts). Die AOF bietet deutlich schärfere Aufnahmen von Himmelsobjekten und ermöglicht viel feinere und lichtschwächere Strukturen zu erkennen.
© ESO / P. Weilbacher (AIP)
Beobachtungen des planetarischen Nebels NGC 6563 mit MUSE und der AOF
NGC 6563 ist ein planetarischer Nebel im Sternbild Schütze (lat. Sagittarius). Dieses atemberaubende Bild, aufgenommen mit der starken Symbiose zwischen der AOF und MUSE, enthüllt die lichtschwache Nebelstruktur, wie sie nie zuvor zu sehen war.

Das Bild links wurde ohne Adaptive Optik und das Bild rechts mit der AOF aufgenommen.
© ESO / P. Weilbacher (AIP)
Die AOF + MUSE bei der Arbeit
Im Inneren des UT4 des Very Large Telescope, zeigt ein Teil der Adaptive Optics Facility, die Four Laser Guide Stars Facility, während der ersten Beobachtungen mit dem MUSE-Instrument in Richtung Himmel. Die Schärfe und der dynamische Bereich der Aufnahmen des mit der AOF ausgerüsteten MUSE-Instruments wird sich bei zukünftigen Beobachtungen stark verbessern.
© Roland Bacon
Die AOF + MUSE bei der Arbeit
Im Inneren des UT4 des Very Large Telescope zeigt ein Teil der Adaptive Optics Facility, die four Laser Guide Stars Facility, während der ersten Beobachtungen mit dem MUSE-Instrument in Richtung Himmel. Das AOF-System besteht aus vielen Teilen, die zusammenarbeiten, um scharfe Aufnahmen astronomischer Objekte zu erstellen.
© Roland Bacon
UT4 und die AOF bei der Arbeit
Die four Laser Guide Stars Facility zeigt während der ersten Beobachtungen des mit der AOF ausgerüsteten MUSE-Instruments in Richtung Himmel. Adaptive Optik unterstützt bodengebundene Teleskope, in dem sie den Unschärfe-Effekt der Erdatmosphäre auf Sternlicht kompensiert.
© Roland Bacon
Die leistungsstarken Laser der AOF
Die vier 22 Watt starken Laserstrahlen regen Natriumatome in der Atmosphäre zum Leuchten an und verursachen so Lichtpunkte am Himmel, die Sterne imitieren sollen.
© Roland Bacon
NGC 6369
NGC 6369, der auch dem Namen Kleiner Geistnebel firmiert, ist ein planetarischer Nebel im Sternbild Schlangenträger (lat. Ophiuchus). Mit einer scheinbaren Helligkeit von 12,9 ist der Nebel vergleichsweise lichtschwach, so dass die klare und detailgetreue Aufnahme des mit der AOF ausgerüsteten MUSE-Instrument am VLT das Leistungsvermögen demonstriert. I der Mitte des Nebels ist ein Weißer Zwerg ist sichtbar, wohingegen das Gas schalenförmig nach außen expandiert.
© ESO / P. Weilbacher (AIP)
ESO 338-4
ESO 338-4 ist eine Starburst-Galaxie im Sternbild Schütze (lat. Sagittarius). Derzeit befindet sie sich im Verschmelzungsprozess mit mehreren kleineren Galaxien. Die neuen AOF+MUSE-Daten zeigen klar mehrere helle Knoten, in denen eine hohe Sternentstehungsrate herrscht, ausgelöst durch die Verschmelzung der Galaxien, sowie Filamente aus leuchtendem Wasserstoffgas.
© ESO / P. Weilbacher (AIP)

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