Tack vare ett skickligt designat "två-i-ett"-instrument kopplat till världens kraftfullaste teleskop, astronomer kan ta fram fler ledtrådar om egenskaperna hos avlägsna stjärnor eller exoplaneter än vad som tidigare varit möjligt.

Utvecklad vid Leibniz-institutet för astrofysik i Potsdam, Tyskland, Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) såg första ljuset den 1 april, 2015, efter att ha installerats framgångsrikt vid Large Binocular Telescope Observatory (LBTO) i Arizona, USA. När båda PEPSI:s polarimetrar var monterade i fokuspunkterna på var och en av LBT:s två 8,4-metersspeglar i slutet av september 2017, teleskopet riktades mot stjärnan gamma Equ och polariserat ljus togs emot. Från dessa spektra kan astronomer, till exempel, härleda geometrin och styrkan hos magnetfält på ytorna av avlägsna stjärnor, eller studera det reflekterade ljuset från atmosfären på potentiellt beboeliga exoplaneter.

En polarimeter separerar stjärnljuset enligt dess oscillationsplan. Det är ett komplement till en spektrograf som, som ett prisma, separerar ljus enligt dess oscillationsfrekvenser (eller färg). De två kombinerade, polarimeter och spektrograf, lagt till ett kraftfullt teleskop, gör det möjligt för astronomer att få spektra i polariserat ljus. Detta möjliggör i sin tur karakterisering av hela vågfronten av det inkommande stjärnljuset och extrahera detaljer från dess strålningsfysik som annars förblir dolda.

En serie integrationer i cirkulärt och linjärt polariserat ljus erhölls när teleskopet riktades mot den magnetiska referensstjärnan Gamma Equulei, eller gamma ekv, en dubbelstjärna som ligger cirka 118 ljusår från jorden. Dessa spektra har en spektral upplösning på R=120, 000, det betyder att de kan lösa upp två våglängder med bara fem hundradelar av en väteatoms diameter. De täcker två stora våglängdsområden i det synliga ljuset samtidigt, och har ett oöverträffat signal-brusförhållande. Eftersom de två polarimetrarna för var och en av LBT:s "ögon" är identiska och modulära i design, cirkulära och linjära polarisationer erhölls samtidigt.

Gamma Equ-testet inkluderade också ett så kallat nollspektrum, som erhålls genom att byta observationssekvens i de två fibrerna. Helst det skulle ge noll polarisation och vara oberoende av våglängd. Eventuell kvarvarande polarisering skulle bero på instrumentella effekter.

"Nollspektrumet för PEPSI visar en extraordinär låg grad av polarisationsbrus som orsakas av instrumentet, " säger dess huvudutredare, Prof. Dr. Klaus Strassmeier, Research Branch Director vid AIP och professor i astronomi vid University of Potsdam. "Jämfört med de bästa spektropolarimetrarna som för närvarande finns tillgängliga på andra teleskop, det är förmodligen bättre med en faktor tio." Så småningom, PEPSI-polarimetrarna kommer att möjliggöra stellar magnetfältsmätningar med extremt hög precision, ", tillägger PEPSI:s projektforskare Dr. Ilya Ilyin.

För Dr Christian Veillet, LBTO direktör, "I 8-10m klassen teleskop välj klubb, PEPSI var redan ett unikt instrument, tack vare dess upplösning kopplad till två 8,4-m speglar tillgängliga samtidigt. Tillägget av en polarimeter på var och en av LBT:s ögon ger LBTO ännu en unik förmåga. Det kommer som ett värdefullt komplement till interferometri, som ger LBT:s två ögon bildupplösningen hos ett 23-meters teleskop."

PEPSI-instrumentet är tillgängligt för alla LBT-partner inklusive det tyska astronomiska samfundet.