Wirtsgalaxien von Quasaren und der Laserleitstern für das Very Large Telescope

Astronomische Beobachtungen mit großen bodengebundenen Teleskopen
sind, bedingt durch die statistischen Prozesse der
Lichttransmission durch die Erdatmosphäre, in der räumlichen
Auflösung begrenzt. Mittels adaptiver Optik, einer schnellen
Korrektur der Lichtwellenfront, kann diese Einschränkung behoben
werden. Damit diese Technologie auch für lichtschwache Objekte
eingesetzt werden kann, ist eine künstliche Referenzquelle in der
Hochatmosphäre nötig. Die vorliegende Dissertation gliedert sich in
zwei Teile: Im astronomischen ersten Teil werden Beobachtungen von
Quasaren mittlerer bis hoher Rotverschiebung beschrieben. Der
zweite Teil beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Lasersystems
für das Very Large Telescope in Chile, mit dem ein künstlicher
Leitstern erzeugt werden kann.\\ Mittels optischer und
nahinfraroter Aufnahmen radioschwacher Quasare in mehreren
Rotverschiebungsbereichen wird im Rahmen dieser Arbeit eine Messung
der Leuchtkraft des Quasarkerns sowie der beherbergenden Galaxie
vorgenommen. Durch den Vergleich mit der räumlichen
Intensitätsverteilung von Punktquellen im selben Feld mit den
Beobachtungsobjekten konnte die geringfügig größere räumliche
Ausdehnung der Galaxie detektiert werden. Das Helligkeitsverhältnis
von Kern und Galaxie wurde mit Hilfe einer Modellierung der
Oberflächenhelligkeit und der Anpassung an die Messwerte ermittelt.
Dieses Verhältnis wird im Vergleich mit Messungen anderer Gruppen
sowie Modellrechnungen der Galaxie- und Quasarbildung im jungen
Universum diskutiert. Über den hier betrachteten
Rotverschiebungsbereich von z=0.8 bis z=2.7 liegt dieses Verhältnis
innerhalb der zu erwartenden Streuung der Modellrechnungen, wobei
ein eindeutiger Trend mit dem kosmologischen Alter innerhalb der
Fehlergrenzen nicht festgestellt werden konnte. Vergleicht man die
Leuchtkraft der hier vermessenen radioschwachen Wirtsgalaxien der
Quasare mit radiolauten Objekten sowie anderen Galaxientypen
ähnlicher Rotverschiebung zeigt sich, dass diese eher mit
Lyman-break Galaxien übereinstimmen und in der mittleren Helligkeit
vergleichbar mit 'normalen' L* Galaxien sind. Die hier
vorgestellten Messungen wurden an einem 3.5m Teleskop ohne
Korrektur der atmosphärischen Störungen vorgenommen und sind
dadurch prinzipiell in der erreichbaren räumlichen Auflösung
begrenzt. Um zukünftige Messungen von Quasaren und ähnliche
Projekte, bei denen eine hohe Auflösung gefordert ist, mit größerer
Präzision durchführen zu können, ist ein Laserleitstern an einem
großen Teleskop nötig. In Kapitel 2 werden die grundlegenden
Eigenschaften der Lichttransmission durch die Erdatmosphäre und
deren Implikation auf die Abbildung mit astronomischen Teleskopen
beschrieben. Im selben Kapitel wird die Physik der Resonanzstreuung
an Natriumatomen in der Mesosphäre beschrieben, welche zur
Erzeugung des künstlichen Leitsterns genutzt wird und die Grundlage
für die Auslegung des Laserleitsterns bildet. In Kapitel 3 wird die
Entwicklung und der Test des Lasersystems beschrieben, welches im
Rahmen dieser Arbeit für das Very Large Telescope in Chile gebaut
wurde. Ziel war es, einen Laser zu entwickeln, der bei 589 nm mehr
als 10 W Ausgangsleistung in einer einzelnen Mode mit hoher
Strahlqualität erreicht. Mit der Aufteilung des Lasersystems in
eine Master-Laser- und eine Verstärkerstufe konnten die
Problematiken, welche sich durch thermische Störungen bei hoher
Leistung ergeben, gelöst werden. Die cw Verstärkerstufe wurde als
injektionsstabilisierter Resonator mit nicht-planarer Geometrie und
zwei Farbstoffstrahlen verwirklicht, welche von vier
leistungsstarken 532nm Lasern optisch gepumpt werden. Mit Hilfe
eines detaillierten Modells des Laserprozesses konnte die Auslegung
des Verstärkers erfolgen. Für die Stabilisierung des Verstärkers
auf die Resonanzspitze wurden mehrere Methoden getestet. Hierbei
konnte eine neue polarisationsspektroskopische Messmethode gefunden
werden, welche ein eindeutiges Fehlersignal über den gesamten
Phasenbereich liefert, womit eine hochstabile Regelung verwirklicht
werden konnte. Mit dem Gesamtsystem konnte stabil eine
Einmoden-Ausgangsleistung von 24 W mit hervorragender
Strahlqualität erreicht werden.