English Title: Optimization of an adaptive optics system and its application to high-resolution imaging spectroscopy of T Tauri

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Abstract

Das AO System ALFA der Max-Planck Institute für Astronomie und für extraterrestrische Physik basiert auf einem Shack-Hartmann-Wellenfrontsensor und ist eines der wenigen Systeme weltweit, die mit einem Laserleitstern ausgerüstet sind. Die effektive Verwendung sowohl leuchtschwacher natürlicher Leitsterne als auch des Laserleitsterns erfordert optimierte Algorithmen für die Wellenfront-Rekonstruktion. der Algorithmus zur Bestimmung der Intensitätsschwerpunkte wurde durch Ausblendung unwesentlicher Pixel und durch Gewichtung der Intensitäten entsprechend ihrem Signal-Rausch-Verhältnis verbessert. Zur Rekonstruktion der Wellenfront aus den Sensordaten wurden sowohl ein modifizierter Least-Squares als auch ein Maximum a Posteriori Algorithmus entwickelt. Zudem wird eine neue Mikrolinsengeometrie vorgestellt, die optimal an die ringförmige Teleskoppupille angepasst ist. Die neuen Methoden wurden simuliert, in ALFA implementiert und am Teleskop getestet. Sie führten zu einer Steigerung der Grenzhelligkeit der benutzbaren Leitsterne von ca. V = 11 auf V = 14 bei sehr guten Beobachtungsbedingungen. Die Analyse zeigt, daß eine weitere Steigerung um etwa eine halbe Magnitude durch einen rauschfreien Wellenfrontsensor möglich wäre. Des weiteren wurden neue Beobachtungsmethoden in Verbindung mit AO verwendet, um das junge Sternsystem T Tauri zu untersuchen. Durch räumlich hochaufgelöste Spektroskopie gelang es, die Nahinfrarotspektren der Komponenten T Tau N und T Tau S zu bestimmen. Beide Sterne zeigen ein ähnliches Emissionslinienspektrum, und T Tau S weist keine für stellare Photosphären üblichen Merkmale auf. Durch AO-kompensierte Speckle-Interferometrie wurde die Existenz des kürzlich entdeckten Begleiters von T Tau S im Abstand von nur 0.08' bestätigt. Unter Verwendung bereits publizierter Daten wurden die Bahnparameter weiter eingeengt, die auf eine Masse von zwei Sonnenmassen für T Tau S hindeuten.

Translation of abstract (English)

The AO system ALFA of the Max-Planck institutes for astronomy and for extraterrestrial physics incorporates a Shack-Hartmann wavefront sensor and a laser guide star facility. An effective use of faint natural guide stars as well as the laser guide star requires optimized wavefront reconstruction algorithms. The centroid estimation algorithm was improved by pixel masking methods and by weighting the pixel intensities with their signal to noise ratio. To reconstruct the wavefront from sensor data, the least-squares algorithm was modified and a maximum a posteriori algorithm was developed. In addition, a microlens geometry which is perfectly adapted to the annular telescope pupil is presented. Most of the modifications were simulated, implemented in ALFA, and finally tested at the telescope. The combined effect is an improvement in limiting guide star brightness from about V = 11 to V = 14 under the very best observing conditions. The analysis shows that a gain of another half of a magnitude could be obtained by using a detector with virtually zero read-noise. In addition, the young stellar system T~Tauri was observed with AO assisted imaging and long-slit spectroscopy. In this way, the two stars T Tau N and T Tau S could be separated, and their near-infrared spectra were obtained individually. Only the Calar Alto observatory currently permits those observations. It turned out that both stars exhibit similar hydrogen recombination-line spectra, but only T Tau N shows features that arise in a stellar photosphere. By using speckle methods on AO compensated short exposures, the recently discovered 0.08' companion to T Tau S could be confirmed. In combination with published data, the parameter space of its orbit could be narrowed, and indication for a rather large mass of about 2 solar masses was found for T Tau S.