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Großteleskope: Das Large Binocular Telescope LBT liefert schärfere Bilder als Hubble

Dank einer neuen Generation der adaptiven Optik am Large Binocular Telesope (LBT) auf dem Mount Graham in Arizona verfügen Astronomen nun über eine bisher unerreichte Bildqualität im Nah-Infrarot, die sogar diejenige des Hubble-Weltraumteleskops übertrifft. Deutsche Institutionen sind am LBT maßgeblich beteiligt.
Dreifachstern im Blick vom LBT
Doppelstern im Blick des Large Binocular Telescope | Ein Doppelsternsystem beobachtet mit dem LBT – links ohne, rechts mit adaptiver Optik. Links ist die Doppelsternnatur nicht erkennbar, rechts ist das System ohne Probleme aufgelöst. Darüber hinaus macht sich ein weiterer Effekt bemerkbar: Durch die schärfere Abbildung wird auch die Empfindlichkeit des Teleskops für lichtschwache Objekte deutlich verbessert, wodurch ein dritter Stern erkennbar wird.
Das LBT ist mit seinen beiden Spiegeln von je 8,4 Metern Durchmesser das größte optische Einzelteleskop der Welt. Es ist ein Projekt amerikanischer, italienischer und deutscher Institutionen, die gemeinsam für den Bau und Betrieb, sowie die Entwicklung hochpräziser Messinstrumente verantwortlich sind. Deutschland ist mit 25 Prozent durch die LBT-Beteiligungsgesellschaft vertreten, der die Max Planck Gesellschaft (MPG), das Astrophysikalische Institut Potsdam, und die Universität Heidelberg angehören. Die MPG ist vertreten durch das MPI für Astronomie in Heidelberg, das MPI für Extraterrestrische Physik in Garching und das MPI für Radioastronomie in Bonn. Auch andere Universitäten wie zum Beispiel in Bochum liefern wichtige Beiträge zu diesem außergewöhnlichen Teleskop.

Für die jetzt in Betrieb genommene adaptive Optik stammt das technische und elektromechanische Design aus Italien (von INAF, und hier insbesondere vom Arcetri Observatorium, sowie den Firmen Microgate und ADS International), während das Mirror Lab der Universität von Arizona für die optischen Elemente verantwortlich zeichnet. Ein einfacheres Vorläufersystem wurde zuvor am Multiple Mirror Telescope (MMT) auf dem Mt. Hopkins getestet. Die Infrarot-Testkamera des LBT, mit der die hier gezeigten Bilder gemacht werden konnten, wurde gemeinsam von INAF (Bologna) und dem Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg entwickelt.

Technischer Triumph nach zehn Jahren Entwicklung
Noch bis vor kurzer Zeit war die Bildschärfe erdgebundener Teleskope durch die Turbulenzen in der Erdatmosphäre massiv eingeschränkt. Solche Störungen, die unter anderem auch für das Funkeln der Sterne verantwortlich sind, verschmieren die Bilder von Sternen und Galaxien erheblich, wodurch das Weltraumteleskop Hubble sogar einem Riesenteleskop auf der Erde normalerweise deutlich überlegen ist.

Blick in den Kugelsternhaufen Messier 92 | Vergleich des LBT mit dem Weltraumteleskop Hubble: Das Bild zeigt die Zentralregion des Kugelsternhaufens Messier 92, von beiden Teleskopen bei einer Wellenlänge von 1,6 Mikrometer beobachtet. Es ist leicht erkennbar, dass das LBT-Bild (rechts) das Hubble-Bild (links) an Schärfe und Empfindlichkeit deutlich übertrifft.
Dank der Fortschritte in der adaptiven Optik (AO), einer Technik zur Korrektur der atmosphärischen Störungen, wurde die Bildschärfe erdgebundener Teleskope in den letzten Jahren stetig verbessert. Durch ein neues innovatives System erreicht dieses Konzept nun am LBT eine niemals zuvor erreichte Qualität.

Bereits in ersten Tests des First Light Adaptive Optics (FLAO) genannten Systems im Mai durch das INAF-Team übertraf das LBT alle anderen vergleichbaren Systeme dieser Art und erreichte eine Bildschärfe, die jene des Weltraumteleskops Hubble um einen Faktor Drei übertrifft. Dabei wurde sogar nur einer der beiden 8,4-Meter-Spiegel des LBT eingesetzt. Wenn das System schließlich an beiden großen Spiegeln läuft und perfekt kombiniert wird, erwartet man eine Bildschärfe, die jene von Hubble sogar um einen Faktor 10 übertrifft.

"Dies ist eine unglaublich aufregende Zeit, denn mit dem AO-System erreichen wir unser Ziel, das LBT zum leistungsstärksten optischen Teleskop der Welt zu machen", sagt Richard Green, der Direktor des LBT. "Die erfolgreichen Ergebnisse zeigen, welches Potential in den nächsten Jahren im LBT steckt und dass die nächste Generation der Astronomie beginnt." Und Tom Herbst, verantwortlicher Wissenschaftler am MPIA für den Bau der Testkamera, ergänzt: "Das LBT befindet sich auf einem guten Weg, uns nach und nach völlig neue Einblicke in die Bildung von Planeten und Sternen oder die Entstehung der ersten Galaxien zu liefern."

Ein neuer Standard für die optische Astronomie
Ein Maß der Astronomen zur Beurteilung der Bildqualität eines optischen Systems ist das sogenannte Strehl-Verhältnis. Ein Wert von 100 Prozent steht für eine perfekte Abbildung, die nur durch das theoretische Auflösungsvermögen des Fernrohres beschränkt wird und von der Größe des Hauptspiegels abhängt. Werte unter 100 Prozent bedeuten, dass das Licht eines punktförmigen Sterns in einem Bild auf eine größere Fläche verteilt wird und das Bild deshalb unschärfer ist. Ohne adaptive Optik erreicht man lediglich Werte um ein Prozent, bisherige Systeme konnten bereits 30 bis 50 Prozent im nah-infraroten Spektralbereich erzielen, in dem auch mit dem LBT getestet wurde. Bereits bei den ersten Messungen wurde am LBT jedoch ein Wert von 60 bis 80 Prozent erreicht und mit weiteren Verbesserungen konnte Ende Mai sogar ein Strehl-Wert von 84 Prozent erreicht werden. Dies ist extrem nahe an der theoretisch möglichen Perfektion und war bisher unerreichbar. "Die Resultate der ersten Nacht waren so außergewöhnlich gut, dass wir es kaum glauben konnten", sagt Simone Esposito, die Leiterin des INAF-Testteams.

Der fantastische Fortschritt durch die adaptive Optik des LBT nach mehr als zehn Jahren Entwicklungszeit ist der neueste Meilenstein in einer ganzen Reihe von herausragenden Entwicklungen am LBT in der letzten Zeit. Erst im April wurde zum Beispiel mit LUCIFER 1 der erste von zwei innovativen Nahinfrarot-Spektrografen/Kameras, die in Deutschland gebaut wurden, für den normalen wissenschaftlichen Betrieb freigegeben. Die adaptive Optik am LBT wird wesentlich dazu beitragen, auch die Leistungsfähigkeit dieser Instrumente am LBT voll auszuschöpfen.

Quelle: MPIA

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