Neptun nah wie nie: Superscharfe Bilder vom Rand unseres Sonnensystems

Die Erdatmosphäre als Störfaktor

Beobachtet man das Weltall von der Erde aus, beeinträchtigt die Atmosphäre die astronomischen Bilder. Daher versuchen Astronominnen und Astronomen seit langem, diese Turbulenzen zu unterdrücken. Eine Möglichkeit ist die Beobachtung von außerhalb der Erdatmosphäre: So ist beispielsweise das Hubble-Weltraumteleskop so leistungsfähig, weil es die Bilder ohne Berücksichtigung der störenden Erdatmosphäre aufnehmen kann.

Diese atmosphärischen Effekte lassen sich bei bodenbasierten Teleskopen wie dem VLT jedoch mit Hilfe der adaptiven Optik (AO) beseitigen: In der VLT-Anlage der ESO am Berg Paranal korrigieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die turbulente Atmosphäre, indem sie vier künstliche Sterne mittels Laser in 80 km Höhe erzeugen und die Unterschiede zwischen dem Modell und dem beobachteten verschwommenen Bild, das durch die Atmosphäre beeinflusst ist, berücksichtigen. Diese leistungsstarke adaptive Optik wurde nun mit dem MUSE 3D-Spektrographen erstmals im so genannten Narrow-Field-Modus mit Lasertomografie getestet. Dieser korrigiert fast alle atmosphärischen Turbulenzen. Der bisher angewandte Wide-Field-Modus ermöglicht zwar die Beobachtung in einem größeren Gesichtsfeld, korrigiert die Unschärfen aber weniger gut und erzeugt eine geringere Auflösung.

MUSE wurde unter anderem in Potsdam entwickelt und gebaut und ist seit 2013 am VLT installiert. "Indem wir die Auswirkungen der Atmosphäre entfernen und dadurch die Schärfe der Bilder erhöhen, können wir die physikalischen Informationen dieser Objekte vergrößern und vertiefen", sagt Dr. Andreas Kelz vom AIP.

Die Erben der Neptunentdecker

Eines der ersten vom MUSE-Team beobachteten Objekte bei der AO-Premiere im Narrow-Field-Modus war der Planet Neptun. Aus Potsdamer Sicht ein besonderer Himmelskörper: Im Jahre 1846 entdeckte Johann Gottfried Galle an der Berliner Sternwarte, dem Vorläufer des AIP, den Planeten am Rande unseres Sonnensystems. Seine Umlaufbahn wurde vom französischen Mathematiker Urbain Le Verrier vorausgesagt; die deutschen Astronomen folgten seinen Vorhersagen.

Das hauptsächlich aus französischen und deutschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern bestehende MUSE-Team erzielte nun dank des neuen Beobachtungsmodus spektakuläre Bilder: die Details in Neptuns Wolken übertreffen sogar die Schärfe des Hubble-Weltraumteleskops. Mit den spektralen Daten erhält man zudem chemische und dynamische Informationen – in jedem Pixel des Bildes.

Doch nicht nur das Sonnensystem, auch unsere Heimatgalaxie kann dank der neuen Bildqualität besser untersucht werden. Mithilfe der spektralen Informationen von MUSE lässt sich unter anderem Entstehungsgeschichte, chemische Zusammensetzung, Alter und Dynamik von Kugelsternhaufen erforschen, die zu den ältesten Sternagglomerationen der Milchstraße gehören und in ihren Zentren massereiche schwarze Löcher beherbergen können. AIP-Wissenschaftlerin Tanya Urrutia, die sich mit der Evolution von Galaxien befasst und gemeinsam mit Kollege Dr. Peter Weilbacher am VLT vor Ort war, ist begeistert: "Die enorme Zunahme von Details in Bildern von Zentren von Galaxien, gepaart mit der Dynamik und den Elementhäufigkeiten, die das MUSE-Instrument uns bietet, öffnet ein neues Fenster in der Erforschung der Frage, wie supermassereiche schwarze Löcher durch das Gas in der zentralen Region gespeist und aktiviert werden. Es ist, als hätte man das mächtige MUSE-Instrument im Weltraum!"

MUSE ist ein Projekt von sieben führenden europäischen Foschungseinrichtungen

• geleitet vom Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL, Frankreich),
• dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP, Deutschland),
• dem Institut für Astrophysik der Universität Göttingen (IAG, Deutschland),
• dem Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP, Frankreich),
• der Sternwarte Leiden und der Niederländischen Forschungsakademie für Astronomie (NOVA, Niederlande),
• dem Institut für Astronomie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH, Schweiz) und
• der Europäischen Südsternwarte (ESO).

Die beteiligten deutschen Partner an MUSE aus den astrophysikalischen Instituten in Potsdam (AIP) und Göttingen (IAG) werden durch die Verbundforschung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.