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SUBARU
Ein neues Auge für japanisches Großteleskop auf Hawaii
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik
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14. Januar 2025

Nach mehrjähriger Arbeit haben Forschende das Subaru-Teleskop mit einem neuen speziellen "Facettenauge" ausgestattet. Dieses neue Instrument verfügt über etwa 2400 Glasfasern, die über das extrem weite Sichtfeld des Primärfokus des Teleskops verteilt sind. So können gleichzeitig tausende Himmelsobjekte spektroskopisch beobachtet werden.

PFS

Beispiel für Daten, wie von PFS bei einer einzelnen Belichtung gewonnen werden. Bild: PFS Project / Kavli IPMU / NAOJ [Großansicht]

Mit dem extrem weiten Sichtfeld von etwa 1,3 Grad Durchmesser in seinem Hauptfokus und der großen Lichtsammelleistung dank seines 8-Meter-Hauptspiegels bietet das Subaru-Teleskop auf Hawaii eine hervorragende Leistung für die Durchführung sehr großer Galaxienuntersuchungen, die sehr tief in die Geschichte unseres Universums vordringen. Ab Februar 2025 steht das neue Vorzeigeinstrument "Prime Focus Spectrograph" (PFS) des Subaru-Teleskops nun der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung und wird mit den Beobachtungen seines Hauptsurvey-Programms beginnen. PFS wird etwa 2400 Glasfasern verwenden, um Licht von Himmelsobjekten zu sammeln und gleichzeitig Spektren über den gesamten sichtbaren Lichtbereich und einen Teil des nahen Infrarotbereichs zu erhalten. Während der gesamten Himmelsdurchmusterung werden die Astronomen Millionen von Spektren sammeln, die es ihnen ermöglichen, die Entfernungen zu den Galaxien zu bestimmen, präzise Radialgeschwindigkeiten zu messen und ihre detaillierten physikalischen Eigenschaften zu untersuchen.

Seit fast 15 Jahren wird die Entwicklung von PFS von einer internationalen Zusammenarbeit von über 20 Forschungseinrichtungen aus Japan, den Vereinigten Staaten, Frankreich, Brasilien, Taiwan, Deutschland und China vorangetrieben. Die Max-Planck-Institute für Astrophysik (MPA) und für extraterrestrische Physik (MPE) schlossen sich der Zusammenarbeit 2014 bzw. 2016 an und trugen finanziell zur Entwicklung wichtiger Teile der Instrumente, zur Entwicklung der Software für die Zuordnung der Glasfasern sowie zur Gestaltung der wissenschaftlichen Programme bei. Nachdem die schwierige Phase aufgrund der COVID-19-Pandemie und verschiedene technische Herausforderungen dieses sehr ehrgeizigen Instruments überwunden wurden, ist PFS nun endlich einsatzbereit. "Wir freuen uns sehr, mit PFS die Beobachtungen zu beginnen", sagt Eiichiro Komatsu, Direktor am MPA. "Alle geplanten Programme, darunter Kosmologie, Galaxienentstehung und -entwicklung sowie galaktische Archäologie, werden spannende neue Ergebnisse liefern."

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Mit diesem leistungsstarken Instrument wird das internationale Team in den nächsten sechs Jahren insgesamt 360 Teleskopnächte investieren, um eine detaillierte 3D-Karte des Universums zu erstellen und seine zeitliche Entwicklung zu verstehen. Ziel ist es, die Natur der Dunklen Energie aufzudecken, die die beschleunigte Expansion des Universums antreibt. Darüber hinaus werden spektroskopische Untersuchungen von Hunderttausenden von Galaxien die physikalischen Prozesse der Galaxienbildung und -entwicklung über die 13,8-Milliarden-jährige Geschichte des Universums hinweg aufdecken. Durch die spektroskopische Beobachtung von Hunderttausenden von Sternen in der Milchstraße, der Andromeda- und lokalen Zwerggalaxien werden Astronomen außerdem die Stärke der Schwerkraft bestimmen und so die Natur der Dunklen Materie und die physikalischen Prozesse erforschen, die das Wachstum dieser Galaxien bestimmt haben.

"Die optimale Zuordnung der PFS-Fasern zu Objekten über möglicherweise Dutzende von Wiederholungsbeobachtungen hinweg erwies sich als eine sehr interessante kombinatorische Herausforderung", sagt Maximilian Fabricius vom MPE, der zusammen mit Martin Reinecke (MPA) die Entwicklung der Software zur Faserzuordnung leitete. "Wir mussten Hunderttausende von Variablen gleichzeitig optimieren, um alle beobachtungs- und instrumentenbezogenen Einschränkungen zu berücksichtigen. Mit einem Netzwerkflussansatz und linearer Programmierung konnten wir die Beobachtungseffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Methoden um insgesamt 10–20 Prozent verbessern. Ich bin gespannt, wie sich das in der Praxis bewährt, wenn die Studie in diesem Jahr beginnt."

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