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Wissenschaftler und Ingenieure des Astrophysikalischen Instituts Potsdam (AIP), der
Universität von Arizona und der Firma STA in Kalifornien haben einen extrem großen CCD
(charged coupled device) Detektor für besonders lichtschwache Astronomie entwickelt,
gebaut und erfolgreich im Kühlgefäß installiert. Der Detektor arbeitet in den ersten
wissenschaftlichen Labortests absolut fehlerfrei.
Der Detektor ist der größte seiner Art der je gebaut wurde. Er besteht aus 10560 x 10560
Pixeln, die je 9 x 9 Mikrometer (9 Tausendstel eines Millimeters) groß sind.
Zusammengenommen ergibt das in etwa eine Größe von 112 Millionen Pixeln bzw. 112
MPix auf einer Fläche von 95 Millimetern mal 95 Millimetern. Der Detektor muss in einem
nahezu perfekten Vakuum arbeiten, bei einer Temperatur von -130 Grad Celsius, um die
Bewegung der natürlichen Moleküle und Atome des Materials so gering wie möglich zu
halten. Zwei solcher Detektoren werden zukünftig gleichzeitig am "Potsdam Echelle
Polarimetric and Spectroscopic Instrument" PEPSI arbeiten und einen extrem schwachen
Lichtstrom aufspüren können, der aus nur wenigen Photonen pro Sekunde und Wellenlänge
besteht, also etwa eine Milliarde mal lichtschwächer ist als alles was man mit dem bloßen
Auge noch erkennen kann. PEPSI wird 2011 am Large Binocular Telescope (LBT) Arizona,
dem mit zwei 8,4 Meter großen Spiegeln derzeit größten optischen und bodengebundenen
Teleskop weltweit, installiert dann der leistungsfähigste Spektrograph sein, der für
Astronomen verfügbar ist.
Das Kernstück der Einheit wurde von Richard Bredthauer und seinem Team der
"Semiconductor Technology Associates (STA)" in Kalifornien, USA, entworfen und wurde für
seine lichtschwache Sensitivität vom "Imaging Technology Laboratory" (ITL) der "University
of Arizona" von Michael Lessers Gruppe bearbeitet. Dazu wurde der lichtempfindliche
Bereich der Einheit stark verdünnt. Dieser Prozess dauerte zwei Jahre, denn es musste eine
Atomschicht nach der anderen von der Oberfläche der dünnen Scheibe abgenommen
werden, bis nur noch wenige hundert Siliziumatomschichten übrig blieben. So erhält der
Detektor eine sehr hohe, so genannte Quanteneffizienz von 96 Prozent im sichtbaren Licht.
Das bedeutet, dass der Detektor nur vier Prozent der ankommenden Photonen nicht
erfassen kann. Früher verpasste selbst eine exzellente astronomische Fotoplatte bis zu 98
Prozent der ankommenden Photonen. In den Laboren des AIP in Potsdam wurden das
Kühlgefäß und der Kopf der CCD-Kamera mit hoher Präzision gebaut. "Die Anforderungen
an die Dichte des Vakuums und an die Festigkeit des Materials waren bei dieser Einheit
gerade wegen der Größe und der Wärmeempfindlichkeit auf der Oberfläche der CCDs
besonders hoch", erklärt Professor Klaus G. Strassmeier, PI des PEPSI-Projektes und einer
der Direktoren des AIP. "Man muss sich vorstellen, dass die Abweichung einer solch
überdimensionalen CCD-Oberfläche trotzdem nur ein Hundertstel eines Millimeters von einer
Kante zur anderen sein darf. Das ist als ob man 112 Millionen Zahnstocher in den Boden
steckt, um die Oberfläche eines Fußballfeldes zu bedecken und man darf nur 1 Millimeter
von einer Ecke zur anderen abweichen, und man hat nur einen Versuch pro Zahnstocher",
beschreibt Prof. Strassmeier.
Wenn der Detektor in naher Zukunft Sternenlicht am LBT sieht, werden PEPSI und seine
beiden 10k CCDs kosmische Magnetfelder vermessen und erdähnliche Exoplaneten
ausfindig machen.
Wissenschaftliche Ansprechpartner
Prof. Dr. Klaus G. Strassmeier (Astrophysikalisches Institut Potsdam)
Astrophysikalisches Institut Potsdam
An der Sternwarte 16
D-14482 Potsdam
(331) 7499 295
Dr. Michael Lesser (Imaging Technology Laboratory)
001 (520) 628-2078
Dr. Richard Bredthauer (Semiconductor Technology Associates Inc.)
001 (949) 481-1595
Presseansprechpartner
Madleen Köppen
(0331) 7499 469
Das AIP beschäftigt sich vorrangig mit kosmischen Magnetfeldern und extragalaktischer Astrophysik. Daneben
wirkt das Institut als Kompetenzzentrum bei der Entwicklung von Forschungstechnologie in den Bereichen
Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Das AIP ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner
Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut
weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Das AIP ist eine Stiftung privaten Rechts und ein Institut der
Leibniz-Gemeinschaft. Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören derzeit 86 Forschungsinstitute und
Serviceeinrichtungen für die Forschung sowie drei assoziierte Mitglieder, die wissenschaftliche Fragestellungen
von gesamtgesellschaftlicher Bedeutung bearbeiten.
Imaging Technology Laboratory (ITL) is dedicated
to advancing scientific and industrial imaging science by developing enabling technologies for the
University of Arizona and worldwide research sponsors.
Semiconductor Technology Associates Inc. (STA) is dedicated to providing the highest quality custom Charge
Coupled Devices to the commercial and scientific communities. Their expertise lies in the design, fabrication,
packaging and characterization of the finest CCDs available in the world.
[Pressemitteilung]
[PEPSI Webseiten]
[AIP Homepage]
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Torr während der Labortests. [Foto: Emil Popow/AIP]
