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Rabien, Sebastian (2005): Wirtsgalaxien von Quasaren und der Laserleitstern für das Very Large Telescope. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

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.