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SPEKTROGRAPHEN
267-facher Blick an den Nachthimmel
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik 
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29. Juni 2010

Vor etwa einem Monat wurde der VIRUS-W-Spektrograph vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und der Universitäts-Sternwarte München fertiggestellt und ist nun bereit für seinen Einsatz am McDonald-Observatorium in Texas. Mit seinem Sichtfeld, seiner spektralen Abdeckung und Auflösung wird das Instrument insbesondere die Bewegung von Sternen und Gas in benachbarten Spiralgalaxien untersuchen. Erste Beobachtungen sind in diesen Tagen geplant.

VIRUS-W

Anordnung der Glasfasern von VIRUS-W in der Fokalebene des Teleskops. Foto: M. Fabricius, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik / Universitäts-Sternwarte München

VIRUS-W

Der VIRUS-W-Spektrograph auf seiner optischen Bank. Das Licht aus den Glasfasern fällt zunächst auf den (gekrümmten) ollimatorspiegel und wird dann auf das hoch auflösende Gitter (im schwarzen, eckigen Gehäuse) reflektiert. Das aufgefächerte Lichtspektrum wird dann mit der gekühlten CCD-Kamera (rundes Gehäuse) aufgezeichnet. Foto: M. Fabricius, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik / Universitäts-Sternwarte München

 Bilder von astronomischen Objekten sind nicht nur schön und beeindruckend, sondern auch eine wichtige Informationsquelle für die Astronomen. Neben bildgebenden Kameras kommen aber auch so genannte Spektrographen zum Einsatz, die das Licht in seine Regenbogenfarben zerlegen. Aus den damit gewonnen Spektren kann man beispielsweise die chemische Zusammensetzung von Sternen oder Gas ableiten oder Geschwindigkeiten bestimmen.

Der VIRUS-W-Spektrograph wurde nun speziell für die Beobachtung von lokalen Spiralgalaxien entwickelt. Seine Besonderheit liegt in der Kombination eines vergleichsweise großen Gesichtsfeldes mit einer relativ großen spektralen Auflösung. Mit seinem hochauflösenden Modus wird er es den Wissenschaftlern erlauben, in Spiralgalaxien die Bewegung von Sternen mit relativ kleinen Geschwindigkeitsunterschieden von nur etwa 20 km/s zu untersuchen.

Der zweite, etwas niedriger auflösende Modus dient speziell der Studie der chemischen Zusammensetzung von Galaxien. Der Spektrograph wird ein Gesichtsfeld von etwa 150 mal 75 Bogensekunden haben, womit die kinematisch besonders interessanten Zentralregionen von nahen Spiralgalaxien in nur ein bis zwei Aufnahmen untersucht werden können. Je nach Helligkeit und scheinbarer Größe am Himmel kann eine Galaxie so in wenigen Stunden beobachtet werden.

Der eigentliche Spektrograph befindet sich dabei auf einer optischen Bank - einem Tisch im weiteren Sinne - und ist durch ein 25 Meter langes Glasfaserkabel mit dem Teleskop verbunden. Von der Fokalebene des Teleskops wird das Licht durch 267 Glasfasern mit einem Innendurchmesser von je 150 Mikrometern zu den optischen Bauteilen geführt, die das Licht in die verschiedenen Wellenlängen auffächern. Das Herzstück des Spektrographen sind zwei holographische Gitter, die - je nach Bedarf - automatisiert ausgetauscht werden können. Holographische Gitter sind besonders effizient und produzieren außerdem sehr wenig störendes Streulicht.

"Durch diese Tischmontierung ist das Instrument besonders stabil und die jeweilige Richtung, in die das Teleskop für eine Beobachtung geneigt ist, beeinflusst nicht das Messergebnis", erklärt Maximilian Fabricius vom MPI für extraterrestrische Physik und der Universitäts-Sternwarte München , der VIRUS-W größtenteils entwickelt und gebaut hat. "Immerhin sprechen wir hier von etwa 500 Kilogramm an Gewicht, die sonst bei jeder neuen Ausrichtung des Teleskops bewegt werden müssten." Die Sicherung der mechanischen und damit der optischen Stabilität ist ein großes Problem für Instrumente, die direkt am Teleskop angebracht sind. 

Außerdem kann der Spektrograph so leichter an einen Einsatz an anderen Teleskopen angepasst werden. "Da VIRUS-W nur über die Glasfasern mit dem Teleskop verbunden ist, muss nur das relativ kleine Ende des Faserbündels jeweils an das neue Teleskop angepasst werden", so Fabricius weiter. VIRUS-W ist also ein mobiles Instrument - so sind zum Beispiel neben dem McDonald Observatorium in Texas auch das MDM Observatorium am Kitt Peak in Arizona und das zukünftige 2,1-Meter Fraunhofer Teleskop auf dem Berg Wendelstein in Bayern wahrscheinliche Einsatzorte für VIRUS-W.

"Eine der Stärken heutiger 2 Meter-Klasse Telekope liegt in der Realisierbarkeit von langen Beobachtungskampagnen." sagt Niv Drory, der die Entstehung und Entwicklung von Galaxien in mehreren Projekten untersucht. "Während man an 8-Meter oder 10-Meter Teleskopen typischerweise nur wenige Beobachtungsnächte erhält, können Projekte an 2 Meter-Klasse Teleskopen mitunter einige Dutzend Nächte Beobachtungszeit pro Jahr bekommen. Kleine Teleskope haben außerdem ein größeres Gesichtsfeld, was in diesem Fall für uns sehr positiv ist."

Mit seinem weiten Sichtfeld und seiner hohen Auflösung eröffnet VIRUS-W damit ein neues Fenster zur Untersuchung der Kinematik von Gas und Sternen benachbarter Galaxien, was Aufschluss über deren Entstehungsgeschichte geben wird. VIRUS-W entstand in Anlehnung an ein ähnliches Instrument, das gegenwärtig in einer internationalen Kollaboration für eine ehrgeizige Beobachtungskampagne am 9,2-Meter Hobby-Eberly-Teleskop des McDonald-Observatoriums in Texas entwickelt wird. Das VIRUS-Instrument, das aus etwa 150 einzelnen Spektrographen besteht, soll ab 2012 innerhalb von drei Jahren 420 Quadratgrad des Himmels (rund 1000 mal die Größe des Mondes) beobachten.

Ein Prototyp dieser Spektrographen, VIRUS-P, wird bereits seit 2007 am kleineren 2,7-Meter Harlan J. Smith-Teleskop des McDonald-Observatorium eingesetzt und stellte unter anderem durch eine 30 Nächte dauernde Studie von lokalen Spiralgalaxien die Möglichkeiten dieses Instruments eindrucksvoll unter Beweis. Aufgrund seiner relativ niedrigen spektralen Auflösung ist VIRUS-P aber nicht für die Studie der Bewegungen von Sternen in Spiralgalaxien - der so genannten stellaren Kinematik - geeignet.

Die ersten Beobachtungen mit VIRUS-W am Harlan J. Smith-Teleskop in West-Texas sind für Ende Juni geplant. Neben den Untersuchungen von Spiralgalaxien durch die Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und der Universitäts-Sternwarte wird das Instrument dann auch anderen Forschergruppen auf Antrag zur Verfügung stehen.

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siehe auch
VLT: Spektrographen in Serienproduktion - 1. März 2010
RAVE: Daten für über 25.000 Sterne der Milchstraße - 13. Februar 2006
Links im WWW
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
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