Erstes Submillimeter-Licht in der Wüste

Neuartiges Teleskop des Atacama-Pfadfinder-Experiment (APEX) nimmt in Chile den Beobachtungsbetrieb auf

Mit der erfolgreichen Inbetriebnahme eines technologisch neuartigen 12-Meter-Teleskops in 5.100 Meter Höhe auf dem Chajnantor Plateau in der chilenischen Atacama Wüste hat das Atacama-Pfadfinder-Experiment (APEX) nach rund 36 Monaten Bauzeit einen wichtigen Meilenstein erreicht. Das APEX-Teleskop dient der Himmelbeobachtung im Submillimeter-Bereich bei Wellenlängen von 0,2 bis 1,5 Millimeter und hat jetzt die ersten wissenschaftlichen Beobachtungsergebnisse geliefert. Sie zeigen, dass das Teleskop eine nahezu ungehinderte Sicht auf Sternentstehungsgebiete und Galaxienkerne ermöglicht. APEX eröffnet der Astronomie damit einen neuen Zugang zum "Kalten Universum" in bisher unerreichter Empfindlichkeit und Auflösung.

Von APEX erwartet man entscheidende Fortschritte insbesondere zum Verständnis des frühen Universums und der Prozesse der Galaxien- und Sternentstehung, die weitere Erforschung des Südhimmels im bisher wenige erschlossenen Submillimeter-Bereich und weiträumige Beobachtungen, die als Vorstudien (Pfadfinder) für spätere detaillierte Arbeiten am Atacama Large Millimeter Array (ALMA) dienen werden.

Karl Menten, Direktor der Gruppe für Submillimeter-Astronomie am Max-Planck-Institut für Radioastronomie und leitender Wissenschaftler des APEX-Projekts, ist begeistert: "Gleich von Anfang an haben wir wunderbare Spektren gemessen. Diese eröffnen einen faszinierenden Blick auf die sehr komplexe organische Chemie in der Nähe von neu entstehenden Sternen. Außerdem konnten wir ausgezeichnete Aufnahmen der Magellanischen Wolken, der nächsten Nachbargalaxien zu unsere Milchstraße, machen und Moleküle in den aktiven Kernen mehrerer ferner Galaxien beobachten. Normalerweise wendet man sich mit neuen Instrumenten erst nach längerer Betriebszeit der schwierigeren Beobachtung von schwachen extragalaktischen Quellen zu. Doch mit APEX können wir solche Objekte praktisch von Anfang an untersuchen."

Die Messung von Submillimeter-Strahlung aus dem All wird durch den Wasserdampf in der Erdatmosphäre stark beeinträchtigt. Daher wurde APEX in 5.100 Meter Höhe in der Atacama-Wüste im Norden Chiles errichtet. Die Atacama-Wüste ist einer der
trockensten Plätze auf der Erde und bietet deshalb herausragende Beobachtungsbedingungen. Allerdings wird eine ausgefeilte Logistik benötigt, um ein solches Observatorium der Spitzenklasse an einem derart entfernt gelegenen Ort zu betreiben.

Neben dem japanischen 10-Meter-ASTE-Teleskop, das in einer etwas geringerer Höhe
in der Nachbarschaft betrieben wird, ist APEX das erste und zugleich größte Submillimeter-Instrument auf der Südhalbkugel. Mit seiner hochpräzisen Antenne und der großen Oberfläche wird APEX einen völlig neuen Bereich für astronomische Beobachtungen erschließen. Denn die Millimeter- und Sub-Millimeter-Astronomie eröffnet einzigartige neue Möglichkeiten, die zuerst im Universum gebildeten Galaxien sowie die Entstehung neuer Sterne und Planeten zu untersuchen. Unter anderem wird APEX den Astronomen ermöglichen, die Chemie und die physikalischen Bedingungen von Molekülwolken zu studieren, die aus Gas und Staub bestehen und in denen neue Sterne entstehen.

Dabei folgt APEX den Spuren eines 15-Meter-Teleskops SEST, das gemeinsam von der ESO und dem schwedischen Onsala-Observatorium zwischen 1987 und 2003 im Wellenlängenbereich von 0,8 bis 3 Millimeter auf dem ESO-Standort La Silla in Chile betrieben wurde. Catherine Cesarsky, Generaldirektorin der ESO, bemerkte dazu: "SEST war für lange Zeit das einzige Instrument seiner Art auf der Südhalbkugel. Hierbei haben die ESO und ihre Partner wichtige Erfahrungen für Beobachtungen außerhalb des optischen Spektralbereichs gewinnen können. Mit APEX steht den ESO-Mitgliedern nun ein herausragendes neues Beobachtungsinstrument zur Verfügung, das zugleich den Weg für ALMA vorbereiten hilft."

Mit seinem Namen weist sich APEX als ein Pfadfinder für das ALMA-Projekt aus.
So ist das APEX-Teleskop eine modifizierter Prototyp-Antenne für ALMA und zudem
direkt auf dem für ALMA vorgesehenem Standort angesiedelt. Das ALMA-Projekt
ist als eine gewaltige Anlage aus vielen 12-Meter-Antennen, die bis zu 14 Kilometer weit voneinander entfernt sind und die gegen Ende dieses Jahrzehnts in Betrieb gehen wird. ALMA wird im Submillimeter-Bereich die Apertur Synthese-Technik der Radioastronomie übernehmen und in der Lage sein, präzise Aufnahmen mit einer Winkelauflösung unterhalb von Bogensekunden zu liefern. Damit wird ALMA das jetzige VLT/VLTI-Observatorium der ESO im Radiowellen-Bereich wesentlich ergänzen.

Für Beobachtungen im unteren Submillimeterbereich benötigt APEX eine Spiegeloberfläche höchster Genauigkeit. Tatsächlich ist es dem APEX-Projektteam nach einer Serie von hochpräzisen Justierungen gelungen, eine extrem genaue Spiegeloberfläche zu erreichen. Über die gesamte Fläche der Antenne mit einem Durchmesser von 12 Metern beträgt die Abweichung von einer idealen Parabolform jetzt weniger als 17 Tausendstel eines Millimeters, mit anderen Worten: Die Abweichung von der Idealform ist kleiner als ein Fünftel der durchschnittlichen Dicke eines menschlichen Haars.

"Technologisch stellt APEX bereits jetzt einen großen Erfolg dar, da seine Genauigkeit unsere Erwartungen bei weitem übertroffen haben", bilanziert Rolf Güsten, Projekt-Manager von APEX. "Dieser Erfolg konnte nur dank eines sehr engagierten Teams von Mitarbeitern von der Herstellerfirma, vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie und vom APEX-Team selbst erreicht werden. Ein hoher persönlicher Einsatz aller Mitarbeiter und lange Arbeitszeiten in oftmals großer Höhenlage waren erforderlich, ehe aus diesem ehrgeizig geplanten Projekt Realität werden konnte."

Parallel zur Errichtung und Inbetriebnahme des Teleskops mussten bestmögliche Detektoren entwickelt werden, die bis an die Grenzen heutiger Technologie gehen. Für die ersten Beobachtungen mit APEX setzten die Forscher ein im Max-Planck-Institut für Radioastronomie entwickeltes Submillimeter-Spektrometer sowie einen
an der Chalmers Universität (OSO) entwickelten Empfänger ein.

Finanziert wird das APEX-Projekt durch das Max-Planck-Institut für Radioastronomie, die Europäische Südsternwarte (ESO) und das Onsala Space Observatory (OSO). Die drei Partner teilen sich auch die Beobachtungszeit, wobei 10 Prozent dieser Zeit für chilenische Astronomen zur Verfügung stehen.

Das Teleskop wurde im Auftrag des Max-Planck-Instituts von der VERTEX Antennentechnik GmbH (Duisburg) entworfen und gebaut. Es basiert auf einer Prototyp-Antenne, die für das ALMA-Projekt gebaut wurde. Der Betrieb von APEX auf Chatnantor wird von der ESO betreut.