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Großteleskope: Gemini-Sternwarte nimmt "Planet Imager" in Betrieb

Der Staubring um den Stern HR 4796ALaden...

Am Acht-Meter-Teleskop Gemini South in Chile wurde im Spätjahr 2013 der "Gemini Planet Imager (GPI)" erstmals erprobt, dessen erste Ergebnisse am 7. Januar 2014 auf einer Tagung der American Astronomical Society in Washington, DC, vorgestellt wurden. Die Bilder zeigen den Planeten des Sterns Beta Pictoris im südlichen Sternbild Maler, einen Staubring um den Stern HR 4796A und die Oberfläche des Jupitermonds Europa in hoher Auflösung.

Der GPI ist ein hochkomplexes System, das aus einer adaptiven Optik, einem abbildenden Polarimeter und einem Integralfeld-Spektrometer besteht. Das System ist derzeit noch in der frühen Erprobungsphase und wird nach deren Abschluss beugungsbegrenzte Bilder im Infraroten im Bereich von 0,9 bis 2,4 Mikrometer liefern. Beugungsbegrenzt bedeutet, dass die physikalisch mögliche räumliche Auflösung des Acht-Meter-Teleskops zur Gänze ausgenutzt wird, da sich durch die adaptive Optik die störende Luftunruhe unserer Atmosphäre de facto ausschalten lässt. Die Entwicklung des GPI dauerte annähernd zehn Jahre.

Um Planeten im Umlauf um sonnenähnliche Sterne abbilden zu können, ist es mit einer adaptiven Optik allein noch nicht getan. Ein Stern ist millionenmal heller als ein Planet und würde sein nahes Umfeld extrem überstrahlen. Daher besitzt GPI zusätzlich ein Koronografen-System, um das Licht des interessierenden Sterns fast völlig auszublenden. So lässt sich sein Umfeld dann nach möglichen Planeten absuchen.

Der Planet von Beta PictorisLaden...
Der Planet von Beta Pictoris | Mit nur wenigen Minuten Belichtungszeit ließ sich der bereits seit 2008 bekannte Planet des Sterns Beta Pictoris mit dem "Gemini Planet Imager" nachweisen – der helle Punkt rechts unterhalb der Mitte. Dabei wurde das Licht des Zentralgestirns in der Bildmitte durch eine Blende verdeckt. Die Aufnahme entstand im Infraroten bei Wellenlängen zwischen 1,5 und 1,8 Mikrometer.

Im Fall von Beta Pictoris war der Planet schon seit dem Jahr 2008 bekannt und diente somit als ein Test für GPI. Schon nach wenigen Minuten zeigte sich auf der Testaufnahme der Planet sehr deutlich, wofür frühere Systeme noch mehrere Stunden Beobachtungszeit benötigten. Zudem wurde erstmals ein Spektrum des Planeten Beta Pictoris b aufgenommen, das bislang aber noch nicht ausgewertet ist. Beta Pictoris b ist ein Gasplanet mit vier bis elf Jupitermassen und dem 1,7-fachen Durchmesser von Jupiter. Seine Oberflächentemperatur beträgt um 1400 Grad Celsius, was sich mit seinem geringen Alter erklärt. Frühere spektrokopische Untersuchungen seines Zentralgestirns hatten ergeben, dass dieses nur zwischen acht und zehn Millionen Jahre alt ist.

Besonders eindrucksvoll ist das Bild des Staubrings um den Stern HR 4769A, der erstmals vom Weltraumteleskop Hubble im Jahr 2009 fotografiert werden konnte. GPI bildete nun zum ersten Mal den vollständigen Staubring ab, der sehr filigran und schmal ist. Die Astronomen vermuten, dass sein Erscheinungsbild auf den Schwerkrafteinfluss von einem oder mehreren Planeten zurückgeht, die sich aber bislang nicht nachweisen ließen.

Der Staubring um den Stern HR 4796ALaden...
Der Staubring um den Stern HR 4796A | Mit dem "Gemini Planet Imager" gelang erst erstmals, den filigranen Staubring um den Stern HR 4796A vollständig abzubilden. Dazu wurde durch eine Blende das Licht des hellen Sterns im Zentrum abgeblockt. Das linke Teilbild wurde im infraroten Spektralbereich zwischen 1,9 und 2,1 Mikrometer aufgenommen, die vier äußeren Strahlen sind Artefakte der Bildverarbeitung. Das rechte Teilbild zeigt den Staubring im polarisierten Licht, wodurch das Restlicht des Sterns noch weiter unterdrückt werden kann, da es unpolarisiert ist. Das vom Staubring in unsere Richtung gestreute Licht ist dagegen stark polarisiert, so dass besonders die hinter dem Stern liegende Kante hell leuchtet.

Obwohl GPI eigentlich für die Beobachtung extrasolarer Planeten und zirkumstellarer Staubscheiben optimiert wurde, lässt er sich aber auch für Objekte im Sonnensystem nutzen. Ein Beispiel ist eine Aufnahme des Jupitermonds Europa in drei infraroten Wellenlängen. Sie zeigt deutliche Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung der Eisoberfläche des Trabanten. Im Fall von Europa eignen sich solche Beobachtungen dafür, über längere Zeiträume hinweg nach Veränderungen auf der Oberfläche Ausschau zu halten. Sie könnten Hinweise auf eine innere geologische Aktivtät des Mondes liefern.

Jupitermond Europa im Blick vom Laden...
Jupitermond Europa im Blick vom "Gemini Planet Imager" | Auch für Objekte im Sonnensystem lässt sich der "Gemini Planet Imager" einsetzen. Auf dieser Aufnahme des Jupitermonds Europa lassen sich viele Details der Oberfläche erkennen (rechtes Teilbild). Die Aufnahme ist ein Komposit in drei unterschiedlichen infraroten Wellenlängen. Links ist ein Vergleichsbild aus Aufnahmen von Raumsonden im sichtbaren Licht beigestellt.

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  • Quellen
Gemini Observatory, 7. Januar 2014

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