Mitteilung

Laserfrequenzkamm für HARPS in Betrieb genommen

Neuer Abschnitt auf der Suche nach der zweiten Erde

22. Mai 2015

Beim Planetensucher HARPS am 3,6-Meter-Teleskop der ESO am La-Silla-Observatorium in Chile ist Laserfrequenzkamm-Technik für HARPS installiert worden. Mittlerweile ist die erste intensive Phase der Inbetriebnahme abgeschlossen. Der Zugewinn an Genauigkeit durch die neue Installation soll es HARPS zukünftig ermöglichen, Planeten mit einer Masse, die der der Erde entspricht, und in einer erdähnlichen Umlaufbahn um andere Sterne zu detektieren.

Ein Laserfrequenzkamm kann als Lineal für die Messung von Spektren astronomischer Objekte mit sonst unerreichter Präzision dienen. Auf diese Weise können winzige Geschwindigkeitsänderungen von Sternen, die von erdähnlichen Planeten auf ihrer Umlaufbahn um den Stern hervorgerufen werden, beobachtet werden. Das Ziel ist es, ein solches System für den Planetensucher HARPS am 3,6-Meter-Teleskop der ESO zu erstellen, das für nächtliche Beobachtungen am La-Silla-Observatorium zur Verfügung steht.

Das Laserfrequenzkamm-System wurde seit dem Testlauf 2012 komplett überholt und bietet nun eine erhöhte Verlässlichkeit, breitere Wellenlängenabdeckung (von 460 bis 690 Nanometer) und etwa 15.000 Linien pro Spektrum.

Das Team aus brasilianischen, spanischen und ESO-Astronomen ist zusammen mit Teammitgliedern von MenloSystems GmbH und vom Max Planck Institut für Quantenoptik nach Chile gereist, um das System aufzubauen und für zehn Tage zu testen. Der Testlauf, der am 18. April 2015 beendet wurde, war ein wichtiger Schritt für die Abschätzung der Präzision, der Verlässlichkeit und der Genauigkeit des Systems. Eine genaue Analyse der ungefähr 3000 gesammelten Spektren wird derzeit durchgeführt.

Zwei vollständig unabhängige Laserfrequenzkämme, die gleichzeitig mit unterschiedlichen Linienabständen in Betrieb waren, wurden getestet, um die Genauigkeit des Systems zu demonstrieren und um Frequenzkamm-Eigenschaften zu isolieren. Der zweite Frequenzkamm, der während der Tests verwendet wurde, war von der Universitätssternwarte München geliehen.

Die Präzision in den Messungen der Sterngeschwindigkeiten lag oberhalb von 0,2 Kilometer/Stunde (5 Zentimeter/Sekunde) in einer Einzelaufnahme. Dies konnte auf besser als 0,07 Kilometer/Stunde (2 Zentimeter/Sekunde) verbessert werden, wenn aufeinander folgende Aufnahmen kombiniert wurden [1]. Zum Vergleich: Die Amplitude der Radialgeschwindigkeit der Sonne, die durch die Erde hervorgerufen wird, beträgt 0,3 Kilometer/Stunde (9 Zentimeter/Sekunde), so dass die neuen Laserfrequenzkämme prinzipiell zum ersten Mal die Beobachtung von erdähnlichen Planeten auf erdähnlichen Umlaufbahnen ermöglichen [2].

Ein zweiter Testlauf wird sich anschließen, um einige bisher offene Punkte zu untersuchen, und um zu zeigen, dass die Laserfrequenzkämme für den Routinebetrieb durch Wissenschaftler, die auf diesem Gebiet keine Experten sind, eingesetzt werden können.

Das Laserfrequenzkamm-Projekt von HARPS ist ein Gemeinschaftsprojekt von der Federal University of Rio Grande do Norte (Brasilien), dem Instituto de Astrofísica de Canarias (Spanien) und der ESO. Der Frequenzkamm selbst wurde von der MenloSystems GmbH in München entwickelt.

Dies ist das erste Instrumenten-Projekt, das von der ESO in Zusammenarbeit mit einer brasilianischen Universität durchgeführt wird.

Endnoten

[1] Dies ist gleichbedeutend mit der Messung von sehr kleinen Verschiebungen des Spektrums auf dem Detektor — 0,85 und 0,34 Nanometer — zum Vergleich betragen die Abstände von Siliziumatomen im Kristallgitter des Detektors 0,54 Nanometer.

[2] Das setzt voraus, dass andere Rauschquellen, wie die Anwesenheit von Sternflecken und anderen Sternaktivitäten, nicht so groß sind, dass sie das Signal des umlaufenden Planeten überdecken oder, dass solche Beiträge herausgerechnet oder -gemittelt werden können.

Weitere Informationen

Das Team der Inbetriebnahme bestand aus:

ESO: L. Pasquini, G. Avila, F. Kerber, G. Lo Curto, A. Manescau, E. Pozna, J. Urrutia
UFRN: J.R. de Medeiros, B. Cantos, I. Leao
IAC: A. Suarez
USM: H. Kellermann
MenloSystems: R. Holzwarth, O. Mandel, T. Steinmetz,
Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ): R. Probst, Y. Wu