Erste Ziele für SPHERE

  • 04. June 2014

Revolutionäre neue Exoplanetenkamera am VLT angebracht und in Betrieb genommen.

Das Instrument SPHERE, kurz für Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research, hat am Very Large Telescope der ESO erste Beobachtungen ausgeführt. Das leistungsstarke neue Instrument zur Suche und der Erforschung von Exoplaneten nutzt eine Kombination aus mehreren fortschrittlichen Techniken. Es bietet eine vielfach bessere Leistung als bereits existierende Instrumente und hat bereits während der allerersten Beobachtungstage eindruckvolle Aufnahmen von Staubscheiben um nahe Sterne und anderer Zielobjekte geliefert.

Ein Ingenieur arbeitet an der komplexen Optik und Elektronik des Instruments, kurz bevor es im Mai 2014 montiert und angeschlossen wurde. (Bild: ESO)

Abb.: Ein Ingenieur arbeitet an der komplexen Optik und Elektronik des Instruments, kurz bevor es im Mai 2014 montiert und angeschlossen wurde. (Bild: ESO)

Bereits im Dezember 2013 hatte das Instrument seine Abnahmeprüfung in Europa bestanden und wurde anschließend zum Paranal verschifft. Der komplexe Wiederzusammenbau wurde im Mai 2014 abgeschlossen, das Instrument ist nun einem der VLT-Hauptteleskope montiert. Es vereint mehrere fortschrittliche Methoden, um den bislang höchstmöglichen Kontrast bei der direkten Beobachtung von Exoplaneten zu erzielen – weit über die Werte hinaus, die man mit dem Vorgängerinstrument NACO erreichen konnte, das die erste direkte Aufnahme eines Exoplaneten lieferte. Um seine beeindruckende Leistung zu erreichen, waren frühzeitig neue technologische Entwicklungen insbesondere auf dem Gebiet der adaptiven Optik, bei speziellen Detektoren und bei koronografischen Komponenten erforderlich.

„SPHERE ist ein sehr komplexes Instrument. Dank der harten Arbeit vieler Leute, die bei seinem Design, Bau und seiner Montage beteiligt waren, hat es unsere Erwartungen bereits übertroffen. Wundervoll!”, kommentiert Projektleiter Jean-Luc Beuzit vom Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble. Das primäre Ziel ist es, große Gasriesen auf Umlaufbahnen um nahegelegene Sterne durch direkte Abbildung zu entdecken und zu charakterisieren. Dies ist eine äußerst schwierige Aufgabe, da sich solche Planeten zum einen am Himmel sehr nah an ihrem Mutterstern befinden und zum anderen auch noch sehr viel lichtschwächer sind. In einer normalen Aufnahme überstrahlt das Sternlicht das schwache Leuchten des Planeten selbst unter den besten Bedingungen. Der ganze Entwurf des Instruments ist daher darauf ausgelegt, den höchstmöglichen Kontrast in einer winzigen Himmelsregion in unmitelbarer Umgebung eines blendend hellen Sterns zu erreichen.

Der größte Saturnmond ist von einer ausgedehnten Atmosphäre aus Stickstoff und Spuren von Methan umgeben.

Abb.: Dieses Infrarotbild von Titan ist eine der ersten SPHERE-Aufnahmen und zeigt, wie effektiv das System für adaptive Optik beim Sichtbarmachen von Details auf dieser winzigen Scheibe ist. Während die Oberfläche des größten Saturnmonds im sichtbaren Wellenlängenbereich hinter dicken Wolken verborgen ist, erlaubt diese Nahinfrarotaufnahme bei 1,59 Mikrometern, die Atmosphäre zu durchdringen und die Oberfläche zu erforschen. (Bild: ESO / J.-L. Beuzit et al. / SPHERE Cons.)

Die erste der drei neuen Methoden ist extreme adaptive Optik zur Korrektur von Effekten der Erdatmosphäre, so dass die Aufnahmen schärfer sind und der Kontrast des Exoplaneten erhöht wird. Außerdem wird ein Koronograf verwendet, um das Sternlicht zu blockieren und den Kontrast nochmals zu steigern. Schließlich kommt eine Methode namens differentielle Bildgebung zum Einsatz, die die Unterschiede zwischen dem Sternlicht und dem Licht des Planeten in Bezug auf Farbe und Polarisation ausnutzt. Diese subtilen Unterschiede können sogar die Existenz eines zur Zeit unsichtbaren Exoplaneten aufdecken.

Die Beobachtungen zum ersten Licht hatten mehrere Testobjekte mit verschiedenen Betriebsmodi zum Ziel. Dazu gehört auch die bisher beste Aufnahme vom Staubring um den nahen Stern HR 4796A. Sie zeigt nicht nur den Ring in außergewöhnlicher Klarheit, sondern illustriert auch, wie gut SPHERE das Leuchten des hellen Sterns in der Mitte des Bilds unterdrücken kann. Ko-Projektleiter Markus Feldt vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg ist begeistert: „Bei einem derart komplizierten Zusammenspiel verschiedener Techniken müssen instrumentelle Artefakte mit höchster Sorgfalt herauskalibriert werden. Es ist umwerfend zu sehen, dass unser doch recht komplexer Satz an Hard- und Softwarewerkzeugen gleich beim ersten Versuch nahezu fehlerfrei funktioniert hat!"

Die ausgedehnte Dunstschicht in Titans Atmosphäre reflektiert das sichtbare Sonnenlicht (links). Das vom Dunst gestreute Licht ist allerdings stark polarisiert, besonders stark ist der Effekt am Mondrand. SPHERE ist mit seiner polarimetrischen Messtechnik besonders empfindlich für das reflektierte Licht von extrasolaren Planeten. (Bild: ESO / J.-L. Beuzit et al. / SPHERE Cons.)

Abb.: Die ausgedehnte Dunstschicht in Titans Atmosphäre reflektiert das sichtbare Sonnenlicht (links). Das vom Dunst gestreute Licht ist allerdings stark polarisiert, besonders stark ist der Effekt am Mondrand. SPHERE ist mit seiner polarimetrischen Messtechnik besonders empfindlich für das reflektierte Licht von extrasolaren Planeten. (Bild: ESO / J.-L. Beuzit et al. / SPHERE Cons.)

Nach weiteren ausführlichen Tests und wissenschaftlichen Prüfbeobachtungen ist das Instrument später im Jahr der astronomischen Gemeinschaft zugänglich. „Das ist nur der Anfang. SPHERE ist ein einzigartig leistungsfähiges Werkzeug und wird in den folgenden Jahren zweifellos viele aufregende Überraschungen liefern”, schließt Beuzit.

ESO / OD

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