Die Messung präziser stellarer Radialgeschwindigkeiten (Radial Velocity, RV) erfordert einen gut konstruierten und hochstabilisierten Spektrografen. Dieser wird üblicherweise in einer Vakuumkammer platziert und thermisch und mechanisch stabilisiert, was mit hohem Aufwand verbunden ist. Mit bestehenden Spektrografen, die ursprünglich nicht für diese Radialgeschwindigkeitsstabilität ausgelegt waren, ist es sehr schwierig, präzise RV-Messungen durchzuführen.
Die Jodgasabsorptionszellenmethode bietet der astronomischen Gemeinschaft eine kostengünstige Wellenlängenkalibrierungstechnik, die für nahezu jeden Spektrografen verwendet werden kann. Ein Spektrograf mit mäßiger Stabilität kann mit einer Zelle, deren Herstellung nur wenige hundert Euro kostet, eine RV-Präzision von 3 m/s erreichen.
Der eingesparte Aufwand für die Stabilisierung des Spektrografen wird jedoch auf den Aufwand für die Datenreduktion übertragen. Diese ist mathematisch komplex und erfordert oft eine Modellierung des sogenannten Instrumentalteils (IP) des Spektrografen, um optimale Präzision zu erzielen. Die meisten Forschungsteams, die eine Jodzelle verwenden, müssen das Rad quasi neu erfinden und dafür einen erheblichen Personalaufwand betreiben. Dies stellt oft ein Hindernis für die Nutzung dieser Zellen dar. Problematischer ist, dass unterschiedliche Codes leicht unterschiedliche Ergebnisse liefern können. Ein universelles Computerprogramm, das von der gesamten Gemeinschaft genutzt werden kann, wäre von Vorteil.
Mit einer Jodzelle Radialgeschwindigkeiten hochpräzise messen
Aus diesen Gründen haben wir Viper entwickelt, eine Software zur hochpräzisen Bestimmung von Radialgeschwindigkeiten mithilfe einer Absorptionszelle. Diese neue, flexible und universelle Software ermöglicht die Auswertung von Spektren, die mit verschiedenen Instrumenten an verschiedenen Teleskopen aufgenommen wurden.
Die Software ist Open Source und steht der gesamten astronomischen Gemeinschaft zur Verfügung. Wissenschaftler, die Absorptionszellen an anderen Einrichtungen nutzen, können nun mehr Zeit in die Forschung statt in die Software-Entwicklung investieren.
Einige wichtige Funktionen von Viper machen die Software äußerst vielseitig:
- Sie ist in Python geschrieben, einer in der astronomischen Gemeinschaft, insbesondere bei Nachwuchswissenschaftlern, weit verbreiteten Programmiersprache.
- Sie ist Open Source, sodass Nutzer sie leicht für ihre eigenen Zwecke anpassen können. Sie kann Radialgeschwindigkeiten von verschiedenen Absorptionszellentypen im optischen und infraroten Wellenlängenbereich berechnen.
- Sie lässt sich problemlos auf verschiedene Instrumente anwenden.
- Sie ist benutzerfreundlich dank grafischer Benutzeroberflächen, Handbüchern, Tutorials und einer speziellen Website für Einsteiger.
Die Entwicklung von Viper begann mit Sireesha Chamarthi, einer ehemaligen Praktikantin an der TLS, und Mathias Zechmeister, einem ehemaligen Masterstudenten an der TLS, der heute am Institut für Astrophysik der Universität Göttingen tätig ist. Die aktuelle Entwicklung wird von Jana Köhler an der TLS und von Mathias Zechmeister vorangetrieben.
Die TLS erhielt Fördermittel der DFG, um Viper als Open-Source-Allzweckprogramm zur Messung präziser Sternradialgeschwindigkeiten zu entwickeln. Ein Hauptziel des Projekts ist es, Viper zum Standard für die Berechnung präziser Sternradialgeschwindigkeiten mithilfe einer Gasabsorptionszelle zu machen.
Die Software wurde bereits für viele Instrumente angepasst
Eines der Designziele von Viper war die einfache Nutzung mit Daten vieler verschiedener Instrumente. Bisher wurde VIPER für folgende Instrumente angepasst:
- CES: Coudé Echelle Spectrometer at La Silla, Chile (de-commissioned)
- CRIRES+: CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph an ESOs 8.2-m-Very Large Teleskop (VLT) in Paranal, Chile
- GIANO-B: Near-Infrared High-Resolution Spectrograph am 3.6-m-Galileo National Teleskop (TNG) auf La Palma, Canary Islands
- HIRES: High Resolution Echelle Spectrometer am 10-m-KECK-Teleskop in Mauna Kea, Hawai'i
- OES: Ondrejov Echelle Spectrograph am 2-m-Teleskop in Ondrejov, Tschechische Republik
- TCES: Tautenburg Coudé Echelle Spectrometer am 2-Meter-Teleskop in Tautenburg
- Tull: Tull Coudé Spectrograph am 2.7-Meter-Teleskop am McDonald Observatory, USA
- UVES: Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph am VLT (Very Large Telescope) der ESO
Diese Instrumentenliste ist ein Beweis für die Vielseitigkeit von VIPER.
Präzise stellare Radialgeschwindigkeiten im Infraroten
Viper ist das erste Programm, das stellare Radialgeschwindigkeiten mithilfe von Gasabsorptionszellen im Infrarotbereich berechnen kann. Das CRIRES+-Konsortium entwickelte eine Gasabsorptionszelle für präzise Radialgeschwindigkeitsmessungen mit dem Instrument. Die Europäische Südsternwarte (ESO) beauftragte die Thüringer Landessternwarte und Jana Köhler mit der Erstellung der RV-Pipeline von CRIRES+ auf Basis von Viper.