Inzoomen op zwarte gaten – dat is de hoofdtaak van het pas geïnstalleerde instrument GRAVITY van ESO’s Very Large Telescope in Chili. Tijdens zijn eerste waarnemingen heeft GRAVITY met succes het sterlicht van alle vier de hulptelescopen van de VLT gecombineerd. Het grote team van Europese astronomen en technici, onder leiding van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, dat GRAVITY heeft ontworpen en gebouwd, is enthousiast over de prestaties.
Tijdens deze eerste test heeft het krachtigste instrument dat tot nu toe in de VLT Interferometer is geïnstalleerd is al een aantal opmerkelijke primeurs op zijn naam geschreven. Het GRAVITY-instrument combineert het licht van meerdere telescopen om een virtuele telescoop met een middellijn van maximaal 200 meter te vormen. Deze techniek, die interferometrie heet, stelt astronomen in staat om veel fijnere details in hemelobjecten te detecteren dan met een enkelvoudige telescoop mogelijk is. Sinds de zomer van 2015 is een internationaal team van astronomen en technici, onder leiding van Frank Eisenhauer (MPE, Garching, Duitsland), bezig geweest om het instrument in speciaal voor dit doel aangepaste tunnels onder de Very Large Telescope van de ESO-sterrenwacht op Paranal in het noorden van Chili te installeren [1]. Dit is de eerste stap in het bedrijfsklaar maken van GRAVITY binnen de Very Large Telescope Interferometer (VLTI). Er is nu een cruciale mijlpaal bereikt: voor het eerst heeft het instrument met succes het sterlicht van de vier VLT-hulptelescopen gecombineerd [2].
‘Tijdens zijn eerste waarnemingen, en voor het eerst in de geschiedenis van de lange-basislijninterferometrie in de optische astronomie, heeft GRAVITY opnamen van enkele minuten kunnen maken – meer dan honderd keer zo lang als tot nu toe mogelijk was,’ aldus Frank Eisenhauer. ‘GRAVITY zal de optische interferometrie openstellen voor waarnemingen van veel zwakkere objecten, en de grenzen van de gevoeligheid en nauwkeurigheid van hogehoekresolutie-astronomie verregaand verleggen.’ Als onderdeel van de eerste waarnemingen heeft het team nauwkeurig gekeken naar de heldere jonge sterren van het zogeheten Trapezium, in het hart van het stervormingsgebied in het sterrenbeeld Orion. Bij deze eerste proefwaarnemingen heeft GRAVITY al een kleine ontdekking gedaan: een van de leden van de sterrenhoop blijkt een dubbelster te zijn [3].
Om dit mogelijk te maken moest de virtuele telescoop, met behulp van het licht van een referentiester, lang genoeg worden gestabiliseerd om een ander, veel zwakker object lang genoeg te kunnen belichten. Daarbij zijn de astronomen er ook in geslaagd om het licht van alle vier de telescopen gelijktijdig te stabiliseren – iets wat nog niet eerder was gelukt [3]. GRAVITY kan de posities van hemelobjecten op de allerkleinste schalen meten en ook interferometrische afbeeldingen en spectra vastleggen [4]. Als er gebouwen zouden staan op de maan, zou GRAVITY die kunnen zien. Opnamen met zo’n extreem hoge resolutie kennen tal van toepassingen, maar het toekomstige hoofddoel van het instrument is het onderzoek van de omgevingen van zwarte gaten.
GRAVITY zal met name gaan onderzoeken wat zich afspeelt in het extreem sterke zwaartekrachts- of gravitatieveld nabij de waarnemingshorizon van het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg – daaraan ontleent het instrument ook zijn naam. Dit is een gebied dat wordt geregeerd door Einsteins algemene relativiteitstheorie. Daarnaast zal GRAVITY de details tonen van massa-accretie en jets – processen die zowel rond pasgeboren sterren als rond de superzware zwarte gaten in de kernen van andere sterrenstelsels optreden. Het instrument zal ook bij uitstek geschikt zijn voor het meten van de snelheden van dubbelsterren, exoplaneten en jonge stellaire schijven en het maken van opnamen van de oppervlakken van sterren. Tot nu toe is GRAVITY alleen getest met de vier 1,8-meter hulptelescopen van de VLT. DE eerste waarnemingen met de vier 8-meter hoofdtelescopen staan later dit jaar op het programma.
Het GRAVITY-consortium staat onder leiding van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, Duitsland. De overige partnerinstituten zijn:
- LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Meudon, Frankrijk;
- Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Duitsland;
- 1. Physikalisches Institut, Universiteit van Keulen, Duitsland;
- IPAG, Université Grenoble Alpes/CNRS, Grenoble, Frankrijk;
- Centro Multidisciplinar de Astrofísica, CENTRA (SIM), Lisbon and Oporto, Portugal; en
- ESO, Garching, Duitsland.
Noten
[1] De VLTI-tunnels en bundelcombinatieruimte zijn onlangs aanzienlijk verbouwd om plaats te maken voor GRAVITY en andere toekomstige instrumenten.
[2] Eigenlijk zou je deze stap moeten betitelen als ‘eerste fringes’, omdat bij deze mijlpaal het licht van de verschillende telescopen voor het eerst zodanig is gecombineerd dat de lichtbundels interfereerden en het karakteristieke interferentiepatroon – de fringes – zichtbaar werd.
[3] De nieuw ontdekte dubbelster is Thèta1 Orionis F, en bij de waarnemingen is de nabije heldere ster Thèta1 Orionis C als referentieobject gebruikt.
[4] Er wordt naar gestreefd om met GRAVITY de posities van objecten met een nauwkeurigheid van 10 microboogseconden te meten en opnamen te maken met een resolutie van 4 milliboogseconden.
