SPEKTROSKOPIE
Bessere Spektren durch neuen Frequenzkamm
Redaktion / Pressemitteilung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP)
astronews.com
11. Dezember 2014

Ein wichtiger Bereich der beobachtenden Astronomie ist die Entwicklung von Instrumenten. Dabei nutzt man neue Erkenntnisse und Verfahren, um bessere und detailliertere Beobachtungen zu ermöglichen. Jetzt testeten Astronomen einen neuartigen Frequenzkamm. Er dient als eine Art optisches Lineal, das zur Analyse von Spektren benötigt wird.

Ausschnitt aus dem Spektrum des optischen Frequenzkamms (oben) im Vergleich zu dem einer Neon-Spektrallampe (unten). Der Frequenzkamm enthält mehr und regelmäßigere Emissionslinien und eignet sich daher besser als "optisches Lineal".  Bild: AIP

Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) und des Zentrums für Innovations-kompetenz innoFSPEC haben einen neuartigen optischen Frequenzkamm an einem astronomischen Instrument getestet. Mithilfe dieser Lichtquelle soll die Eichung von Spektrographen und damit die der wissenschaftlichen Messergebnisse verbessert werden.

"Das Besondere an dem durch den Frequenzkamm generierten Licht ist, dass es aus einzelnen, diskreten Farben besteht, deren Wellenlängenabstand exakt gleich ist", erklärt der verantwortliche innoFSPEC-Wissenschaftler Jose Boggio. Der optische Kamm wird durch die Überlagerung von Laserlicht mit zwei unterschiedlichen Frequenzen erzeugt.

Das so entstandene Spektrum ist nicht kontinuierlich wie bei einem Regenbogen, sondern besteht aus einzelnen Farblinien mit festen Abständen und dunklen Lücken dazwischen - daher auch die Bezeichnung Frequenz-Kamm.

Um das Licht von Sternen und Galaxien analysieren zu können, müssen alle Spektrographen vorher mit einer bekannten Lichtquelle kalibriert werden. "Der Laser-Frequenzkamm dient uns als optisches Lineal, welches wesentlich stabiler und regelmäßiger ist, als das Licht von herkömmlichen Spektrallampen", erläutert Astrophysiker Andreas Kelz. "Dank dieser Methoden werden wir Rotationsgeschwindigkeiten von Galaxien oder die chemische Zusammensetzung von Sternen noch präziser bestimmen können."

Der in den Labors des Zentrums für Innovationskompetenz innoFSPEC in Potsdam erforschte Frequenzkamm wurde jetzt einem ersten Praxistest an dem ebenfalls am AIP entwickelten PMAS-Spektrographen am Calar-Alto-Observatorium in Südspanien unterzogen. Roger Haynes, Leiter der innoFSPEC Forschergruppe, ist nach dem erfolgreichen Ausgang der Tests überzeugt, dass optische Frequenzkämme einen neuen Standard in der astronomischen Präzisionsspektroskopie und der Laboranalytik setzen werden.

Bereits im Jahr 2005 erhielt Prof. Hänsch vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik den Nobelpreis für die Entwicklung eines optischen Frequenzkamms. Das jetzt in Potsdam gebaute Gerät beruht aber auf einem anderen Prinzip und erzeugt seine Kamm-Linien mit einem größeren Abstand. Damit lässt sich diese Lichtquelle auch für einen typischen astronomischen Nacht-Spektrographen verwenden.