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Erfolgreiche erste Beobachtungen mit neuem Instrument GRAVITY an Stern, der Schwarzes Loch umkreist

23. Juni 2016

Das neue Instrument GRAVITY hat erfolgreich erste Beobachtungsdaten vom Zentrum unserer Milchstraße geliefert. Ziel war die direkte Nachbarschaft des zentralen Schwarzen Lochs unserer Heimatgalaxie. Die Beobachtungen zeigen, dass GRAVITY die derzeit detailreichsten Infrarotaufnahmen von Himmelsobjekten dieser Art liefern kann. Das Instrument kombiniert das Licht der vier 8-Meter-Teleskope des Very Large Telescope der ESO zu einem virtuellen Teleskop, das so feine Details auseinanderhalten kann wie ein 130-Meter-Teleskop.
Abbildung 1: Künstlerische Darstellung des nahen Vorbeiflugs des Sterns S2 am zentralen Schwarzen Loch in unserer Milchstraße im Jahre 2018. Die neuen Tests zeigen, dass GRAVITY wie geplant das derzeit genaueste Instrument ist, um die Bahn von S2 und den anderen Sternen in der Nähe des Schwarzen Lochs zu vermessen. GRAVITY soll 2018 anhand des Vorbeiflugs Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie auf die Probe stellen. Bild vergrößern
Abbildung 1: Künstlerische Darstellung des nahen Vorbeiflugs des Sterns S2 am zentralen Schwarzen Loch in unserer Milchstraße im Jahre 2018. Die neuen Tests zeigen, dass GRAVITY wie geplant das derzeit genaueste Instrument ist, um die Bahn von S2 und den anderen Sternen in der Nähe des Schwarzen Lochs zu vermessen. GRAVITY soll 2018 anhand des Vorbeiflugs Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie auf die Probe stellen. [weniger]

Die Baugröße von Teleskopen wird durch die verfügbare Technik eingeschränkt. Aber zumindest was den Zuwachs an Auflösungsvermögen angeht, der sich aus zunehmender Teleskopgröße ergibt – also die Fähigkeit, kleinste Details zu unterscheiden – existiert eine gangbare Alternative in Form der sogenannten Interferometrie. Instrumente, die Interferometrie nutzen, kombinieren das Licht mehrerer Teleskope, so dass diese in Kombination das Auflösungsvermögen eines einzelnen deutlich größeren Teleskops erreichen.

Wichtigstes Beobachtungsziel des neuen Instruments GRAVITY, das jüngst am Very Large Telescope (VLT) der ESO installiert wurde und diesen Januar erste wissenschaftliche Beobachtungsdaten geliefert hatte, sind die Sterne, die das zentrale Schwarze Loch unserer Heimatgalaxie umkreisen. Im Jahre 2018 wird einer dieser Sterne, mit der Kennzahl S2, so nahe an dem Schwarzen Loch vorbeifliegen, dass sich damit die Vorhersagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie testen lassen. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass sich die Sternpositionen mit einer Genauigkeit vermessen lassen, wie sie nur mit einem 130-Meter-Teleskop erreichbar wäre – oder alternativ mit dem GRAVITY-Instrument, das Licht der vier 8-Meter-Teleskope des VLT so kombinieren kann, dass es dieselbe Detailschärfe wie ein 130-Meter-Teleskop erreicht.

Abbildung 2: Bild eines der CIAO-Wellenfrontsensoren am Very Large Telescope der ESO in Chile. Die CIAO-Sensoren können anhand des Infrarotlichts von Sternen die Verzerrungen des aufgefangenen Lichts durch die Erdatmosphäre vermessen. Die Informationen werden in Echtzeit an einen deformierbaren Spiegel weitergeleitet, der die Verzerrungen weitgehend ausgleichen kann. So wird GRAVITY in Zukunft noch deutlich empfindlicher arbeiten können als bei dem jetzigen Test. Bild vergrößern
Abbildung 2: Bild eines der CIAO-Wellenfrontsensoren am Very Large Telescope der ESO in Chile. Die CIAO-Sensoren können anhand des Infrarotlichts von Sternen die Verzerrungen des aufgefangenen Lichts durch die Erdatmosphäre vermessen. Die Informationen werden in Echtzeit an einen deformierbaren Spiegel weitergeleitet, der die Verzerrungen weitgehend ausgleichen kann. So wird GRAVITY in Zukunft noch deutlich empfindlicher arbeiten können als bei dem jetzigen Test. [weniger]

Wolfgang Brandner vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg fügt hinzu: "Der erfolgreiche Test ist eine gute Voraussetzung für die letzte Phase der Installation von GRAVITY – das nahinfrarote Adaptive-Optik-System CIAO, das die Empfindlichkeit von GRAVITY noch um einen Faktor zwischen 50 und 100 steigern soll. So lassen sich dann auch sehr leuchtschwache Objekte nachweisen."

Der Hauptkomponenten der vier CIAO-Systeme wurden am MPIA konstruiert. Zwei davon werden derzeit am VLT getestet, werden die anderen beiden Ende Juli nach Chile verschifft werden sollen. Adaptive-Optik-Systeme können die Verzerrung von Bildern ausgleichen, die durch Turbulenzen der Erdatmosphäre entstehen.

CIAO ist dafür ausgelegt, das Infrarot-Licht von Sternen zu nutzen, um die atmosphärischen Störungen der Atmosphäre zu vermessen. Das ermöglicht Beobachtungen der Regionen direkt im Zentrum unserer Galaxis, die von der Erde aus gesehen zumindest im sichtbaren Licht durch dichte Staubwolken verdeckt werden. Das herkömmliche Adaptive-Optik-System des VLT, das mit sichtbarem Licht operiert, kann daher in diesen Gebieten keine Sterne als Referenzsterne nutzen. Für Nahinfrarotlicht, wie es CIAO nutzt, sind die Staubwolken dagegen so gut wie durchsichtig.

MPIA-Forscher haben vor, GRAVITY für Untersuchungen der Planetenentstehung um sehr junge Sterne (Young Stellar Objects, YSOs) zu nutzen. Dabei soll das besondere Auflösungsvermögen des Instruments Details der Gasscheiben sichtbar machen, die solche Sterne umgeben. Sogar die Planetenentstehung in den inneren Regionen solcher Systeme sollte sich beobachten lassen – also diejenigen Regionen, in denen in unserem eigenen Sonnensystem die erdähnlichen Planeten inklusive unserer Erde entstanden sind. Auch die Materieflüsse hin zum Zentralstern und vom Stern weg soll GRAVITY erforschen.

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