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Astrophysik: Neue Ära der Präzisionsastronomie

AstrophysikNeue Ära der Präzisionsastronomie

Bei einer Kick-Off-Konferenz in Wien am 6. Oktober begannen die Planungen für die MICADO-Kamera, einem Instrument, mit dem das European Extremely Large Telescope (E-ELT) seine ersten Bilder machen wird.

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Riesenteleskop in der Wüste Atacamas. (Copyright: ESO/L. Calçada)

Das europäische Konsortium mit Partnern in Deutschland, Frankreich, den Niederlanden, Italien und Österreich hatte zuvor mit der Europäischen Südsternwarte (ESO), die das Teleskop baut, den entsprechenden Kooperationsvertrag unterzeichnet. Als erste Kamera für das Riesenteleskop wird MICADO es erlauben, beugungsbegrenzte Abbildungen bei Nah-Infrarot-Wellenlängen zu machen.

Ebenso findet noch im Oktober die Unterzeichnung des Vertrages und das offizielle Kick-Off-Meeting für das zweite „First-Light"-Instrument mit österreichischer Beteiligung statt, das Infrarot-Instrument METIS. Von österreichischer Seite beteiligen sich die Universität Wien, die Universität Innsbruck, die Universität Graz, die Universität Linz und das RICAM der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Linz an diesen Instrumenten.

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MICADO ist die „Multi-AO Imaging Camera for Deep Observations" und wurde konzipiert, um mit dem European Extremely Large Telescope (E-ELT), einem Teleskop der 40-Meter-Klasse, zu arbeiten. „Dieses revolutionäre Teleskop wird das größte optische bzw. Nah-Infrarot-Teleskop der Welt sein und etwa 15 Mal mehr Licht sammeln als die bereits heute existierenden größten optischen Teleskope", sagt der österreichische Projektkoordinator, der Astrophysiker Joao Alves von der Universität Wien.

Die spezielle Kamera wird beugungsbegrenzte Abbildungen bei Nah-Infrarot-Wellenlängen möglich machen und die Leistungsfähigkeit der adaptiven Optik erhöhen. Um die Verzerrungen durch die Atmosphäre der Erde zu korrigieren, wird MICADO optimiert um Systeme der adaptiven Optik zu nutzen: einen einfachen AO-Modus (SCAO), um einzelne Zielobjekte korrigieren zu können, und das leistungsfähige Instrument MAORY, um auch bei einem großen Sichtfeld scharfe Bilder machen zu können.

Das Leistungsvermögen von MICADO wird genau auf die einzigartigen Eigenschaften des neuen Teleskops abgestimmt, wodurch neue, unbekannte astrophysikalische Phänomene entdeckt werden könnten. Die hohe Empfindlichkeit wird es ermöglichen, sehr leuchtschwache Sterne und die am weitesten entfernten Galaxien nachzuweisen. Die beispiellose räumliche Auflösung wird Strukturen und Details in Nebeln und Galaxien aufzeigen, die weit über das hinausgehen, was derzeit möglich ist.

So kann zum Beispiel durch die Auflösung der Sternpopulationen in entfernten Galaxien deren Sternentstehungsgeschichte und -entwicklung untersucht werden. Und mit der hervorragenden astrometrischen Präzision von MICADO werden viele astronomische Objekte nicht mehr stationär sein - sie werden dynamisch. Die Messungen der winzigen Bewegungen von Sternen werden verraten, wo sich sonst verborgene schwarze Löcher in Sternhaufen befinden: Verfolgt man die Bewegungen der Sternhaufen, so erhält man neue Erkenntnisse darüber, wie sich unsere Milchstraße gebildet hat. Darüber hinaus wird MICADO auch einen speziellen Modus enthalten, mit dem extrasolare Planeten direkt beobachtet und charakterisiert werden können, sowie einen weiteren Modus, um Spektren von kompakten Objekten aufzuzeichnen.

Das zweite Instrument, der „Mid-Infrared ELT Imager and Spectrograph" (METIS) wird das Zugpferd für den mittleren Infrarotbereich am E-ELT werden. „Es wird hochaufgelöste Bilder und Spektren auf längeren Wellenlängen als MICADO liefern; die beiden Instrumente sollen sich dadurch ideal ergänzen", so der österreichische Projektleiter von METIS, Manuel Güdel. Kombiniert mit dem riesigen E-ELT wird METIS einzigartige Beobachtungen von kühlen Objekten im Universum liefern, so zum Beispiel Bilder von protoplanetaren Scheiben und den sich darin bildenden Planeten, Spektren von Exoplaneten und völlig neue Informationen über die Sternentstehung in sehr jungen Galaxien. METIS wird offiziell am 14. Oktober an den Start geschickt. Ein drittes Instrument mit österreichischer Beteiligung – unter der Ägide des österreichischen Projektkoordinators Bodo Ziegler – ist ein Multi-Objekt-Spektrograph als Instrument der zweiten Generation und befindet sich in der Designphase.

Die Instrumente werden von Konsortien aus europäischen Instituten in Zusammenarbeit mit der ESO entwickelt und gebaut. Alle Partner können auf eine lange Tradition zurückblicken, in der sie gemeinsam optische und Infrarot-Instrumentierung von Weltklasse entworfen und gebaut haben. Das Projekt wird voraussichtlich fast 10 Jahre dauern, vom Beginn der aktuellen Designphase bis zur endgültigen Inbetriebnahme; die erste Beobachtung (das „first light") für E-ELT und MICADO ist für 2024 geplant, für METIS kurz danach.

ESO ist die führende internationale Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Mitte des nächsten Jahrzehnts wird ESO das E-ELT in Betrieb nehmen, ein Großteleskop, das unsere Weltsicht in ähnlicher Weise revolutionieren könnte wie vor 400 Jahren das Fernrohr Galileo Galileis. Ein Team von Astrophysikern und Mathematikern an den Universitäten Graz (Koordinator: Thorsten Ratzka), Innsbruck (Koordinator: Norbert Przybilla), Linz (Koordinator: Ronny Ramlau) und Wien (nationales Projektmanagement: Werner Zeilinger) sowie dem Johann Radon Institute for Computational and Applied Mathematics der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (RICAM; Ronny Ramlau) sind an der Entwicklung von Zusatzinstrumenten für das E-ELT beteiligt.

Im Bereich der Astrophysik entwickelt das österreichische Team Komponenten für die Datenreduktionspipeline der Instrumente, Software zur Modellierung des Nachthimmels im infraroten Wellenlängenbereich sowie ein Programm zu Simulation astronomischer Beobachtungen mit dem E-ELT. Mathematiker der Universität Linz und RICAM entwickeln Algorithmen zur Simulation von Bildverzerrungen, die durch Luftturbulenzen in der Erdatmosphäre hervorgerufen werden und durch adaptive Spiegel korrigiert werden sollen. Die österreichischen Beiträge zum E-ELT werden gegenwärtig vom Österreichischen Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft (bmwfw) über ein Hochschulraumstrukturmittelprojekt sowie durch interne Mittel der beteiligten Hochschulen und Forschungsinstitute finanziell unterstützt.

Wissenschaftlicher Kontakt
Univ.-Prof. Joao Alves, PhD
Institut für Astrophysik
Universität Wien
1190 Wien, Türkenschanzstraße 17
M +43-664-60277-5381
joao.alves@univie.ac.at

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