PEPSI: erste Datenveröffentlichung - IDW Online

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Press release
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam
Dr. Janine Fohlmeister
01/09/2018
http://idw-online.de/en/news687170
Research results, Scientific Publications
Physics / astronomy
transregional, national

PEPSI: erste Datenveröffentlichung
Das Potsdam Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) am Large Binocular Telescope (LBT) in
Arizona stellt der wissenschaftlichen Gemeinschaft einzigartige Atlanten mit hoher spektraler Auflösung
zur Verfügung. In einer Reihe von drei Publikationen in der europäischen Fachzeitschrift Astronomy &
Astrophysics präsentiert das PEPSI-Team einen neuen Spektralatlas der Sonne, insgesamt 48 Atlanten
heller Sterne und eine detaillierte Analyse der chemischen Häufigkeiten des 10-Milliarden Jahre alten
Planetenmuttersterns Kepler-444.

Spektralatlanten sind die Fingerabdrücke von Sternen und zeigen deren astrophysikalische Eigenschaften wie
Temperatur, Druck, Geschwindigkeiten und chemische Zusammensetzung. Die erste Veröffentlichung enthält einen
neuen Spektralatlas der Sonne und zeigt zum ersten Mal, dass ein Instrument eines Nachtteleskops Spektren mit der
Qualität eines spezialisierten Sonneninstruments erreichen kann. Alle solaren und stellaren Spektren wurden mit einer
beispiellosen spektralen Auflösung von λ/Δλ=250,000 aufgenommen, das entspricht dem 1/100stel des Durchmessers
eines Wasserstoffatoms (λ ist die Wellenlänge und Δλ der kleinste gerade noch auflösbare Abstand zweier
Wellenlängen), und decken den gesamten optischen bis nahinfraroten Wellenlängenbereich ab (von 383 bis 914 nm).

Das Licht der Sonne wurde auch in mehreren spektralen Zeitreihen mit bis zu 300 Einzelspektren pro Tag analysiert. Die
daraus entstandenen Datensätze stehen nun der Fachgemeinschaft ebenso zur Verfügung. "Unsere Sonne oszilliert mit
einer Periode von 5 Minuten. Mit dem neuen Instrument konnten wir diese Auf- und Abwärtsbewegung der
Sonnenoberfläche aus dem nicht-aufgelösten Sonnenscheibchen, wie bei einem weit entfernten Stern, mit einer
Amplitude von 47 cm/s messen. Aus der Sicht eines Sternforschers eine geradezu unglaublich kleine Geschwindigkeit",
erklärt Prof. Strassmeier, Hauptverantwortlicher von PEPSI und Direktor des Forschungsbereiches Kosmische
Magnetfelder am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP). Der neue Atlas wurde auch verwendet, um die
Häufigkeit von Lithium in der Sonne mit sehr hoher Präzision neu zu bestimmen. "Lithium ist ein Schlüsselelement für
die Nukleosynthese im Universum und gleichzeitig ein Indikator für Mischprozesse in Sternen", erklärt Dr. Matthias
Steffen, einer der Projektwissenschaftler. Dreidimensionale dynamische Modellatmosphären und eine vollständige
statistische Behandlung der spektralen Eigenschaften des Lithiumatoms kamen zum Einsatz, um die Elementhäufigkeit
in der Sonne zu bestimmen.

Die 48 stellaren Atlanten in der zweiten Veröffentlichung zeigen Spektren der nördlichen Gaia-Benchmark-Sterne sowie
anderer Morgan-Keenan-Standardsterne mit einer zuvor nicht verfügbaren Auflösung und einem extrem guten
Signal-zu-Rausch-Verhältnis (S/N). Die letzte Größe repräsentiert das Photonenrauschen relativ zur Signalstärke eines
Sterns und ist ein Maß für die Qualität der Spektren. Bisher lag das Signal-zu-Rausch-Verhältnis für die Arbeit an
astrophysikalischen Parametern typischerweise bei mehreren Hundert bei einer spektralen Auflösung von λ/Δλ von
höchstens 100,000. "PEPSI und das LBT liefern nun ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis von mehreren tausend bei dreimal
höherer spektraler Auflösung", lobt Ilya Ilyin, PEPSIs Projektwissenschaftler. "Mit diesen hervorragenden Werten
erreichen wir jetzt die gleiche Spektralqualität, die für Beobachtungen unserer Sonne am Tage typisch ist, auch für
Beobachtungen heller Sterne bei Nacht", ergänzt Strassmeier.

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Die dritte Publikation bestätigt, dass der Stern "Kepler-444", der fünf subterrestrische Planeten beherbergt, ganze 10,5
Milliarden Jahre alt ist. Damit ist er mehr als doppelt so alt wie unsere Sonne und nur ein wenig jünger als das
Universum. Der Stern ist auch arm an Metallen. Das chemische Häufigkeitsmuster aus dem PEPSI-Spektrum erlaubt
den Rückschluss auf einen ungewöhnlich kleinen Eisenkern-Massenanteil von 24% für seine Planeten, wenn sich Stern
und Planeten zusammen bildeten. Terrestrische Planeten in unserem Sonnensystem haben typischerweise einen
Massenanteil des Eisenkerns von 30%. "Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Planeten um metallarme Sterne
weniger dicht sind als Gesteinsplaneten vergleichbarer Größe um metallreichere Sterne wie unsere Sonne", erklärt
Claude "Trey" Mack, Projektwissenschaftler für die Kepler-444-Beobachtungen.

Die AIP-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Michael Weber, Matthias Steffen, Silva Järvinen, Matthias Mallonn,
Claude Mack, Thorsten Carroll, Carsten Denker, Sydney Barnes, Daniel Sablowski, Engin Keles, Ekaterina Dineva,
Alessandro Mott und Gohar Harutyunyan beteiligten sich an der ersten Datenveröffentlichung von PEPSI.

Weitere Informationen zu PEPSI und dem LBT:
https://pepsi.aip.de
http://www.lbto.org/

Online Zugang zu den Daten: siehe “Library” auf https://pepsi.aip.de

Originalpublikationen in A&A;:
K. G. Strassmeier, I. Ilyin, and M. Steffen, PEPSI deep spectra. I. The Sun-as-a-star, A&A;, in press; arXiv:1712.06960
K. G. Strassmeier, I. Ilyin, and M. Weber, PEPSI deep spectra. II. Gaia benchmark stars and other M-K standards, A&A;,
in press; arXiv:1712.06967
C. E. Mack III, K. G. Strassmeier, I. Ilyin, S. C. Schuler, F. Spada, and S. A. Barnes, PEPSI deep spectra. III. A chemical
analysis of the ancient planet-host star Kepler-444, A&A;, in press; arXiv:1712.06986

Wissenschaftliche Kontakte:
Prof. Dr. Klaus G. Strassmeier, 0331-7499-223, kstrassmeier@aip.de
Dr. Ilya Ilyin, 0331-7499-269, ilyin@aip.de
Christian Veillet (Large Binocular Telescope Observatory), +1 (520) 621-5286, cveillet@lbto.org

Pressekontakt: Dr. Janine Fohlmeister, 0331-7499-803, presse@aip.de

Attachment Der Fingerabdruck eines Sterns. Beispiel für einen PEPSI-Atlas: der nahe Planetenmutterstern Epsilon
Eridani. http://idw-online.de/en/attachment64208

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Visualisierung eines PEPSI-Atlas.
AIP/K. Riebe, Spectra: PEPSI, Background: J. Rendtel

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