Dankzij een slim ontworpen "twee-in-één" instrument dat is bevestigd aan 's werelds krachtigste telescoop, astronomen kunnen meer aanwijzingen krijgen over de eigenschappen van verre sterren of exoplaneten dan voorheen mogelijk was.

Ontwikkeld aan het Leibniz-Instituut voor Astrofysica in Potsdam, Duitsland, het Potsdam Echelle Polarimetrisch en Spectroscopisch Instrument (PEPSI) zag het eerste licht op 1 april 2015, na met succes te zijn geïnstalleerd bij het Large Binocular Telescope Observatory (LBTO) in Arizona, VS. Nadat beide polarimeters van PEPSI eind september 2017 in de focuspunten van elk van de twee 8,4-meterspiegels van de LBT waren gemonteerd, de telescoop werd op de ster gamma Equ gericht en er werd gepolariseerd licht ontvangen. Uit deze spectra kunnen astronomen, bijvoorbeeld, de geometrie en sterkte afleiden van magnetische velden op het oppervlak van verre sterren, of bestudeer het gereflecteerde licht van de atmosferen van mogelijk bewoonbare exoplaneten.

Een polarimeter scheidt sterlicht volgens zijn oscillatievlakken. Het is complementair aan een spectrograaf die, als een prisma, scheidt licht volgens zijn oscillatiefrequenties (of kleur). De twee gecombineerd, polarimeter en spectrograaf, toegevoegd aan een krachtige telescoop, astronomen in staat stellen spectra in gepolariseerd licht te verkrijgen. Dit maakt het op zijn beurt mogelijk om het volledige golffront van het binnenkomende stellaire licht te karakteriseren en details van de stralingsfysica te extraheren die anders verborgen zouden blijven.

Een reeks integraties in circulair en lineair gepolariseerd licht werd verkregen toen de telescoop werd gericht op de magnetische referentiester Gamma Equlei, of gamma-equivalent, een dubbelster op ongeveer 118 lichtjaar van de aarde. Deze spectra hebben een spectrale resolutie van R=120, 000, dat betekent dat ze twee golflengten kunnen oplossen die slechts vijfhonderdste van de diameter van een waterstofatoom uit elkaar liggen. Ze bedekken tegelijkertijd twee grote golflengtegebieden in het zichtbare licht, en hebben een ongekende signaal-ruisverhouding. Omdat de twee polarimeters voor elk van LBT's "ogen" identiek en modulair van ontwerp zijn, circulaire en lineaire polarisaties werden gelijktijdig verkregen.

De gamma Equ-test bevatte ook een zogenaamd nulspectrum, die wordt verkregen door de observatievolgorde in de twee vezels om te wisselen. Ideaal, het zou nul polarisatie geven en onafhankelijk zijn van de golflengte. Elke resterende polarisatie zou te wijten zijn aan instrumentele effecten.

"Het nulspectrum voor PEPSI vertoont een buitengewoon lage mate van polarisatieruis veroorzaakt door het instrument, ", zegt de hoofdonderzoeker, Prof. Dr. Klaus Strassmeier, Research Branch Director bij AIP en hoogleraar astronomie aan de Universiteit van Potsdam. "Vergeleken met de beste spectropolarimeters die momenteel beschikbaar zijn bij andere telescopen, het is waarschijnlijk een factor tien beter." de PEPSI-polarimeters zullen metingen van stellaire magnetische velden mogelijk maken met extreem hoge precisie, " voegt PEPSI's projectwetenschapper Dr. Ilya Ilyin toe.

Voor Dr. Christian Veillet, LBTO-directeur, "In de 8-10m klasse telescoop select club, PEPSI was al een uniek instrument, dankzij de resolutie gekoppeld aan twee 8,4-m spiegels tegelijk beschikbaar. De toevoeging van een polarimeter op elk van LBT's ogen geeft LBTO nog een andere unieke mogelijkheid. Het is een waardevolle aanvulling op interferometrie, wat de twee ogen van LBT de beeldresolutie geeft van een telescoop van 23 m."

Het PEPSI-instrument is beschikbaar voor alle LBT-partners, inclusief de Duitse astronomische gemeenschap.