Mitteilung

First Light für revolutionären neuen Hochgeschwindigkeits-Infrarotdetektor

15. Juni 2015

Der erste Prototyp einer neuen Generation von schnellen und hochsensitiven Detektoren wurde erfolgreich am PIONIER-Instrument am Paranal-Observatorium der ESO installiert. Diese Errungenschaft ist das Ergebnis der Anstrengungen einer fünfjährigen Zusammenarbeit von verschiedenen akademischen Institutne (LETI, ONERA, IPAG, LAM) und industriellen Partnern (SOFRADIR).

Wie der Name bereits nahelegt, liefert das neue RAPID-System [1] tausend Bilder pro Sekunde und kann bei sehr geringen Lichtstärken betrieben werden. Diese Eigenschaften sind einzigartig für einen Infrarotdetektor und entscheidend für viele Anwendungen von der Grundlagenforschung bis hin zur Medizin. In der Astronomie kann die Leistungsfähigkeit der adaptiven Optik gesteigert werden, einer Technologie auf der das European Extremely Large Telescope (E-ELT) basiert.

Im Gegensatz zu den meisten kommerziell erhältlichen Detektoren kann RAPID Lichtteilchen sowohl im sichtbaren als auch im infraroten Bereich (mit Wellenlängen von 0,4 bis 3,6 Mikrometern) detektieren. Dies ist ein enormer Vorteil: Durch den vergrößerten abgedeckten Spektralbereich können deutlich mehr Photonen eingefangen werden. Dies gilt insbesondere für den Infrarotbereich, in dem viele Objekte am hellsten leuchten.

2013 haben die Partner die ersten Prototypen geliefert. Aufgrund der Leistungsfähigkeit dieser Prototypen war die Entscheidung für einen Test an einem anspruchsvollen Instrument schnell gefallen: PIONIER wurde ausgewählt, da die interferometrische Kombination von Licht einen sehr schnellen Detektor erfordert, um die atmosphärischen Turbulenzen zu bekämpfen. Gleichzeitig ist ein geringes Rauschen für die Detektion lichtschwacher Objekte nötig.

Die ersten Beobachtungen konzentrierten sich auf Sterne unterschiedlicher Art (helle Riesen und lichtschwache Zwerge), um das Verhalten von RAPID zu untersuchen. Diese wichtigen Tests wurden erfolgreich absolviert und der Detektor wurde direkt für rein wissenschaftliche Zwecke eingesetzt.

"Es ist ein historischer Moment und wirklich eine Revolution auf dem Gebiet der Infrarotdetektoren", berichtet ESO-Astronom Antoine Merand von der ersten Nutzung der Kamera. Jean-Baptiste Le Bouquin, der Projektleiter des PIONIER-Instruments, fügt dem hinzu: "Der vorherige Detektor an PIONIER war mehr als 20 Jahre alt und immer noch einer der besten seiner Art. Daran erkennt man, wie hart wir an dieser neuen Generation arbeiten mussten."

Die herausragende Sensitivität von RAPID basiert auf dem Kaskadeneffekt: Jedes Photon, das auf den Detektor trifft, wird in deutlich mehr als nur ein Elektron umgewandelt, was wiederum die Detektion vereinfacht. Diese Vervielfachung verläuft nahezu perfekt. Es entsteht lediglich eine kleine Menge an zusätzlichem Rauschen.

Der Kaskadeneffekt wird auch ohne die Kühlung des Detektors zu sehr niedrigen Temperaturen hervorgerufen. Auf diese Weise kann ein komplexes Kühlungssystem vermieden werden, was die Verpackung und den Betrieb des Detektors deutlich vereinfacht. So brauchte das Team zur Installation der revolutionären neuen Kamera in PIONIER lediglich zwei Tage.

Endnote

[1] Die RAPID-Kamera wurde vom Fonds Unique Interministériel der französischen Regierung (FUI-RAPID) finanziert. Die Installation am Paranal wurde von der Agence Nationale pour la Recherche (ANR-11-LABX-13) mit Unterstützung der ESO bezahlt.

Kontaktinformationen

Jean-Baptiste Le Bouquin
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Grenoble, Frankreich
Tel: +33 4 76 63 58 93
E-Mail: jean-baptiste.lebouquin@obs.ujf-grenoble.fr

Jean-Philippe Berger
VLTI Programme Scientist, ESO
Garching bei Münche
Tel: +49 89 3200 6630
E-Mail: jpberger@eso.org

Thomas Rivinius
PIONIER Instrument Scientist, ESO Paranal
Santiago, Chile
E-Mail: triviniu@eso.org

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-Mail: rhook@eso.org

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