Optische Pulsarsuche

Da der Crab-Pulsar nicht nur im Radioband sondern auch im sichtbaren Bereich als pulsierende Lichtquelle in Erscheinung tritt, entstand die Idee mit dem 60cm Spiegelteleskop unserer Sternwarte diese pulsierende Strahlung nachzuweisen.
Eine genaue Analyse der Parameter zeigte uns, dass dies machbar ist. Allerdings bewegen wir uns wieder im Grenzbereich des Machbaren. Denn aufgrund des großen Abstands des Crab-Pulsars (einige Tausend Lichtjahre) ist er nur noch mit einer scheinbaren Helligkeit von +16mag sichtbar. Erschwerend kommt hinzu, dass er im Krebsnebel (M1) eingebettet ist.
Die Herausforderung besteht also darin, nach Möglichkeit jedes einzelne Photon der Pulsarquelle vom Hintergrundlicht und dem Störlicht der Erdatmosphäre zu trennen und zu detektieren.

Schema Optische Pulsarsuche

Schematischer Aufbau für optische Pulsarsuche

 

Zwischen dem Okularauszug des Spiegelteleskops und dem Okular des Lichtsensors (PMT) befindet sich ein Klappspiegelmodul (Vixen FlipMirror) welches uns die Möglichkeit bietet, den Eingangsstrahl bedarfsweise auf ein Fadenkreuzokular umzuleiten. Nachdem sichergestellt wurde, dass das Zielgebiet im Fokus eingestellt ist und das der Autoguider richtig arbeitet, kann der Strahlengang für den Lichtsensor wieder freigegeben werden.
Um einzelne Photonen nachweisen zu können, benötigt man einen sehr empfindlichen Lichtsensor in Form eines Photomultipliers (PMT). Damit das PMT nach Möglichkeit nur die Photonen des Pulsars „zu sehen“ bekommt, werden wir mit einer Lochblende arbeiten die so klein bzw. so gross ist, dass nur der relevante Bereich von einigen Bogensekunden durchgelassen wird. Daraus ergibt sich wiederum die Forderung, dass die Montierung so genau wie nur möglich der Himmelsbewegung bzw. der Erdrotation folgt. Das erreicht man nur mit einem Autoguider der die Bewegung eines Leitsterns verfolgt und Steuersignale für die Teleskopsteuerung generiert um Laufabweichungen und andere Störeinflüsse zu korrigieren.
Das schwache Signal des Pulsars wird mittels einer selbst erstellten Software per Mittelwertbildung von Störeinflüssen befreit und grafisch dargestellt. Hierfür benötigen wir einen hochgenauen Taktgenerator der es uns gestattet das PMT-Signal mit der nötigen zeitlichen Präzision abzutasten. Da ein normaler Qurzgenerator nicht ausreicht und eine Atomuhr zu teuer ist, benutzen wir einen Funkuhrsignal-stabilisierten Taktgenerator, den es als Bausatz zu kaufen gab. Das 10MHz-Signal des Taktgenerators muß nur noch durch einen 100:1 Teiler geschickt werden um den benötigten hochpräzisen Samplingtakt (100kHz) für das USB-Datenerfassungsmodul zu erhalten, welches mit einem 32-Bit Zähler die Photonenimpulse zählt und den Zählerstand mit der Rate des Samplingtakts an das Auswerteprogramm weiterleitet.

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