Simultane Lichtzerlegung

Mit dem am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) entwickelten und gebauten PEPSI-Spektrographen können Astronomen zukünftig simultan hoch aufgelöste Spektren im optischen und im nahen infraroten Licht aufzeichnen. Möglich wird dies durch spezielle optische Bauteile, sogenannte Kreuzdispergierer-Optiken. Die letzte von sechs dieser Optiken der französischen Firma Thales SESO ist nun am AIP eingetroffen und wird zurzeit in den Spektrographen integriert.

Spektrographen werden eingesetzt, um weißes Licht, beispielsweise von Sternen, in seine eigentlichen Farben zu zerlegen. Dunkle Linien, die im Spektrum auftauchen, können durch die Absorption von Licht durch die gebundenen Elektronen eines Atoms entstehen und sind der Fingerabdruck der physikalischen Eigenschaften eines Sternes sowie seiner Oberflächenchemie. Der Ausdruck „ein Spektrum sagt mehr als tausend Bilder“ ist für die stellare Astrophysik heute mehr denn je zutreffend.

Mit einer Auflösung von nur 0,002 Nanometern - 2 Billionstel Metern -  übertrifft das „Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument“, kurz PEPSI, das Auflösungsvermögen heutiger Spektrographen um den Faktor fünf – und dies parallel im gesamten optischen und infraroten Wellenlängenbereich. Der jetzt angelieferte Kreuzdispergierer ermöglicht genau diesen Prozess, da er das Licht nicht entsprechend seiner Wellenlänge, sondern nach der geometrischen Richtung, die normal zur Aufspaltung des Lichtes durch das Gitter liegt, zerlegt. Dies ermöglicht das simultane Beobachten der einzelnen Spektren und bietet damit den zeitgleichen Zugang zu allen Wellenlängen.

Die PEPSI-Kreuzdispergierer bestehen aus je drei optischen Komponenten: Einem Eingangsprisma, das die Aufgabe hat, die je nach Wellenlänge unterschiedlich konvergenten Lichtbündel zu parallelisieren. Einem „Volume Phase Holographic“-(VPH)-Gitter, ein Hologramm in einer Gelatineschicht auf zwei hochpräzisen planparallelen Glasplatten aus höchst reinem Quartz, auf welches das Licht fällt. Sowie am Ausgang ein zweites Prisma, das ebenso mit dem VPH-Gitter optisch verbunden ist.

Nach seiner Fertigstellung wird PEPSI 2013 an das Large Binocular Telescope auf dem 3200 Meter hohen Mount Graham in Arizona geliefert, um dort ab 2014 den wissenschaftlichen Betrieb aufzunehmen. Nach zehnjähriger Bauzeit und Investitionskosten von etwa fünf Millionen Euro wird PEPSI dann der weltgrößte und leistungsfähigste Spektrograph seiner Art sein und unter anderem die Beobachtung von Magnetfeldern anderer Sonnen ermöglichen.