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Astronomie - Erstes Licht für ESPRESSO — den Planetenjäger der nächsten Generation

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Dieses farbenfrohe Bild zeigt Spektren aus den ersten Beobachtungen des ESPRESSO-Instruments am Very Large Telescope der ESO in Chile. Das Licht eines Sterns wurde in seine einzelnen Farbkomponenten aufgespalten. Die Aufnahme wurde farblich angepasst, um zu verdeutlichen, wie die Wellenlängen sich über das Bild verändern, jedoch handelt es sich hierbei nicht um exakt die Farben, die auch sichtbar wären. Bei näherer Betrachtung fallen viele dunkle Spektrallinien im Sternspektrum sowie die regelmäßigen doppelten Punkte der Kalibrationslichtquelle auf. Die dunklen Abstände sind darauf zurückzuführen, wie die Daten aufgenommen wurden, und sind nicht real.

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Der Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO) hat erfolgreich seine ersten Beobachtungen absolviert. Das Instrument ist am Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile installiert und soll mit noch nie dagewesener Präzision nach Exoplaneten suchen, indem es nach winzigen Veränderungen im Licht der Muttersterne sucht. Zum ersten Mal überhaupt wird ein Instrument in der Lage sein, das Licht aus allen vier VLT-Teleskopen zusammenzuführen und damit die Lichtsammelleistung eines 16-Meter-Teleskops zu erreichen.

ESPRESSO hat am Very Large Telescope der ESO am Paranal-Observatorium im Norden Chiles erstes Licht gesehen [1]. Der neue Echelle-Spektrograf der dritten Generation ist der Nachfolger des äußerst erfolgreichen HARPS-Instruments der ESO am La Silla-Observatorium. HARPS kann bei Geschwindigkeitsmessungen eine Genauigkeit von etwa einem Meter pro Sekunde erreichen, wohingegen ESPRESSO aufgrund der Fortschritte in der Technologie und seiner Installation an einem viel größeren Teleskop eine Genauigkeit von nur wenigen Zentimetern pro Sekunde anstrebt.

Der leitende Wissenschaftler von ESPRESSO, Francesco Pepe von der Universität Genf in der Schweiz, erklärt die Bedeutung des neuen Instruments: „Dieser Erfolg ist das Ergebnis der Bemühungen vieler Menschen, die 10 Jahre lang daran gearbeitet haben. ESPRESSO ist nicht nur die Weiterentwicklung unserer bisherigen Instrumente wie HARPS, sondern wird mit seiner höheren Auflösung und höheren Präzision vielfältig einsetzbar sein. Und im Gegensatz zu früheren Instrumenten kann es die volle Lichtsammelleistung des VLT ausnutzen – es kann mit allen vier VLT-Hauptteleskopen gleichzeitig genutzt werden, um ein 16-Meter-Teleskop zu simulieren. ESPRESSO wird für mindestens ein Jahrzehnt lang unübertroffen sein – jetzt kann ich es kaum noch erwarten, bis wir unseren ersten Gesteinsplaneten finden werden!

ESPRESSO kann im Spektrum eines Sterns, der von einem Planeten umkreist wird, winzige Verschiebungen nachweisen. Diese sogenannte Radialgeschwindigkeitsmethode basiert darauf, dass die Anziehungskraft des Planeten einen Einfluss auf seinen Mutterstern hat, wodurch er leicht „wackelt“. Je weniger Masse der Planet hat, desto kleiner fällt diese Ausgleichsbewegung des Sterns aus, weshalb für die Entdeckung von Gesteinsplaneten, auf denen unter Umständen Leben möglich ist, ein Instrument mit sehr hoher Genauigkeit vonnöten ist. Mit dieser Methode wird ESPRESSO in der Lage sein, einige der leichtesten Planeten zu finden, die je entdeckt wurden [2].

Die Testbeobachtungen umfassten Beobachtungen von Sternen und bekannten Planetensystemen. Vergleiche mit vorhandenen HARPS-Daten zeigen, dass ESPRESSO eine ähnliche Datenqualität bei deutlich geringerer Belichtungszeit erreichen kann.

Der Instrumentenwissenschaftler Gaspare Lo Curto von der ESO ist begeistert: „ESPRESSO so weit zu bringen, war eine großartige Leistung. Dazu hat nicht nur das internationale Konsortium beigetragen, sondern auch viele verschiedenen Gruppen innerhalb der ESO: Ingenieure, Astronomen und die auch die Verwaltung. Sie mussten nicht nur den Spektrografen selbst installieren, sondern auch die  komplexe Optik, die das Licht der vier VLT-Hauptteleskope zusammenbringt.“

Obwohl das Hauptziel von ESPRESSO darin besteht, die Jagd nach Planeten auf die nächste Stufe zu bringen und weniger massereiche Planeten zu finden sowie deren Atmosphären zu charakterisieren, hat es auch viele andere Anwendungsmöglichkeiten. Es wird zum Beispiel das weltweit leistungsfähigste Werkzeug sein, um zu testen, ob sich die Naturkonstanten seit den frühen Phasen des Universums verändert haben. Solche winzigen Veränderungen werden von einigen Theorien der Grundlagenphysik vorhergesagt, konnten aber nie in überzeugender Weise beobachtet werden.

Sobald das Extremely Large Telescope der ESO in Betrieb geht, kann das Instrument HIRES, das sich derzeit in Planung befindet, die Entdeckung und Charakterisierung noch kleinerer und leichterer Exoplaneten bis hinunter zu erdähnlichen Planeten sowie die Untersuchung von Exoplanetenatmosphären mit der Aussicht auf den Nachweis von Signaturen des Lebens auf Gesteinsplaneten möglich machen.

Endnoten

[1] ESPRESSO wurde von einem Konsortium entworfen und gebaut, zu dem folgende Einrichtungen gehören: das astronomische Observatorium der Universität Genf und der Universität Bern; INAF–Osservatorio Astronomico di Trieste und INAF–Osservatorio Astronomico di Brera, Italien; Instituto de Astrofísica de Canarias, Spanien; Instituto de Astrofisica e Ciências do Espaço, Universität Porto und Lissabon, Portugal; und die ESO. Die wissenschaftlichen Projektleiter sind Francesco Pepe (Universität Genf), Stefano Cristiani (INAF–Osservatorio Astronomico di Trieste, Italien), Rafael Rebolo (IAC, Tenerife, Spanien) und Nuno Santos (Instituto de Astrofisica e Ciencias do Espaco, Universidade do Porto, Portugal).

[2] Die Radialgeschwindigkeitsmethode erlaubt es Astronomen, die Masse und Umlaufbahn des Planeten zu ermitteln. In Kombination mit anderen Methoden wie der Transit-Methode, können weitere Informationen abgeleitet werden – wie beispielsweise die Größe und Dichte des Exoplaneten. Der Next-Generation Transit Survey (NGTS) am Paranal-Observatorium der ESO sucht auf diese Weise nach Exoplaneten.

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Der Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO) hat im November 2017 erfolgreich seine ersten Beobachtungen absolviert. Das Instrument ist am Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile installiert und soll mit noch nie dagewesener Präzision nach Exoplaneten suchen, indem es nach winzigen Veränderungen im Licht der Muttersterne sucht. Zum ersten Mal überhaupt wird ein Instrument in der Lage sein, das Licht aus allen vier VLT-Teleskopen zusammenzuführen und damit die Lichtsammelleistung eines 16-Meter-Teleskops zu erreichen.

Das Bild zeigt die Struktur der Front-Ends, wo in dem die Lichtstrahlen der vier VLT-Hauptteleskopen zusammengeführt und in Lichtleiter eingespeist werden, die wiederum das Licht zum Spektrografen führen, der sich in einem anderen Raum befindet.

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Der Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO) hat im November 2017 erfolgreich seine ersten Beobachtungen absolviert. Das Instrument ist am Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile installiert und soll mit noch nie dagewesener Präzision nach Exoplaneten suchen, indem es nach winzigen Veränderungen im Licht der Muttersterne sucht. Zum ersten Mal überhaupt wird ein Instrument in der Lage sein, das Licht aus allen vier VLT-Teleskopen zusammenzuführen und damit die Lichtsammelleistung eines 16-Meter-Teleskops zu erreichen.

Die Aufnahme zeigt das Vakuumgefäß, in dem die extrem stabilen Spektrografen sitzen. Rechts ist das Echelle-Gitter und in der Mitte in Blau der Strahlteiler zu sehen, der rotes und blaues Licht in unterschiedliche Richtungen aufspaltet.

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Der Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO) hat im November 2017 erfolgreich seine ersten Beobachtungen absolviert. Das Instrument ist am Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile installiert und soll mit noch nie dagewesener Präzision nach Exoplaneten suchen, indem es nach winzigen Veränderungen im Licht der Muttersterne sucht. Zum ersten Mal überhaupt wird ein Instrument in der Lage sein, das Licht aus allen vier VLT-Teleskopen zusammenzuführen und damit die Lichtsammelleistung eines 16-Meter-Teleskops zu erreichen.

Das Bild zeigt ein Gruppenbild des glücklichen Teams, das das erste Licht am Paranal erlebte, mit dem VLT im Hintergrund.

Quelle: ESO

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