Laser-Testlauf läutet neue Ära der Interferometrie ein

Die Laser werden jeweils zur Erzeugung eines künstlichen Sterns verwendet, mit dessen Hilfe Astronominnen und Astronomen die durch die Erdatmosphäre verursachte Unschärfe messen und anschließend korrigieren können. Die beeindruckende Inbetriebnahme dieser Laser, jeweils einer an jedem der 8-Meter-Teleskope auf dem Paranal, ist ein wichtiger Meilenstein des GRAVITY+-Projekts. Dabei handelt es sich um eine umfangreiche und komplexe Aufrüstung des Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der ESO. GRAVITY+ ermöglicht dem VLTI eine verbesserte Beobachtungskapazität und eine wesentlich größere Abdeckung des Himmels als bisher möglich.

„Dies ist ein sehr wichtiger Meilenstein für eine weltweit einzigartige Einrichtung“, sagt Antoine Mérand, ESO-Astronom und VLTI-Programmwissenschaftler.

Das VLTI kombiniert das Licht von mehreren Einzelteleskopen des VLT (entweder den vier Acht-Meter-Hauptteleskopen (UTs) oder den vier kleineren Hilfsteleskopen) mittels Interferometrie. GRAVITY+ ist ein Upgrade für das VLTI mit Schwerpunkt auf GRAVITY, einem sehr erfolgreichen VLTI-Instrument, das genutzt wurde, um Exoplaneten abzubilden, nahe und ferne Sterne zu beobachten und detaillierte Beobachtungen von lichtschwachen Objekten durchzuführen, die das supermassereiche Schwarze Loch der Milchstraße umkreisen.

GRAVITY+ umfasst auch infrastrukturelle Änderungen an den Teleskopen und Modernisierungen der unterirdischen VLTI-Tunnel, in denen die Lichtstrahlen zusammengeführt werden. Die Installation eines Lasers an jedem der zuvor nicht damit ausgestatteten Hauptteleskope (UTs) ist eine zentrale Errungenschaft dieses Langzeitprojekts und macht das VLTI zum leistungsstärksten optischen Interferometer der Welt.

„Das VLTI mit GRAVITY hat bereits so viele unvorhergesehene Entdeckungen ermöglicht; wir sind gespannt, wie GRAVITY+ die Grenzen noch weiter verschieben wird“, sagt der wissenschaftliche Leiter (Principal Investigator) von GRAVITY+, Frank Eisenhauer vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Deutschland, das das Konsortium leitete, welches das Upgrade durchführte. 

Die Reihe der Modernisierungen läuft bereits seit einigen Jahren und umfasst die technische Überarbeitung der adaptiven Optik – ein System zur Korrektur der durch die Erdatmosphäre verursachten Unschärfe – mit fortschrittlichen, hochmodernen Sensoren und deformierbaren Spiegeln. Bisher erfolgten die Korrekturen der adaptiven Optik beim VLTI durch die Ausrichtung auf helle Referenzsterne, die sich in der Nähe des Ziels befinden mussten, was die Anzahl der beobachtbaren Objekte einschränkte. Mit der Installation eines Lasers an jedem der Hauptteleskope (UTs) wird nun ein heller künstlicher Stern 90 km über der Erdoberfläche erzeugt, der die Korrektur der atmosphärischen Unschärfe überall am Himmel ermöglicht. Dies erschließt dem VLTI den gesamten Südhimmel und steigert seine Beobachtungsleistung dramatisch.

„Damit können wir nun Objekte im frühen, weit entfernten Universum beobachten. Dazu gehört auch der Quasar, den wir in der zweiten Nacht untersucht haben und bei dem wir das heiße, leuchtende Sauerstoffgas in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs nachweisen konnten“, sagt Taro Shimizu, Astronom am MPE und Mitglied des Instrumentenkonsortiums. Mit Lasern an den vom VLTI genutzten Teleskopen können Forschende ferne aktive Galaxien untersuchen und direkt die Masse der supermassereichen Schwarzen Löcher messen, die sie antreiben, sowie junge Sterne und die sie umgebenden planetenbildenden Scheiben beobachten.

Die verbesserten Fähigkeiten des VLTI werden die Lichtmenge, die durch das System laufen kann, drastisch erhöhen, wodurch die Anlage bis zu 10-mal empfindlicher wird. „Ein wichtiges Ziel von GRAVITY+ ist es, tiefe Beobachtungen von lichtschwachen Zielen zu ermöglichen“, erklärt Julien Woillez, ESO-Astronom und GRAVITY+-Projektwissenschaftler. Somit werden Beobachtungen von isolierten stellaren Schwarzen Löchern, freischwebenden Planeten (die keinen Mutterstern umkreisen) und den Sternen ermöglicht, die dem supermassereichen Schwarzen Loch Sgr A* der Milchstraße am nächsten sind.

Ein erstes Ziel für die Teams von GRAVITY+ und der ESO am Paranal, die Testbeobachtungen mit den neuen Lasern durchführten, war der Tarantelnebel, ein Sternentstehungsgebiet in unserer Nachbargalaxie, der Großen Magellanschen Wolke. Diese ersten Beobachtungen zeigten, dass ein helles Objekt im Nebel, das man für einen einzelnen Stern hielt, in Wirklichkeit ein Doppelsternsystem aus zwei eng beieinander liegenden Sternen ist. Dies stellt die beeindruckenden Fähigkeiten und das wissenschaftliche Potenzial des modernisierten VLTI unter Beweis.

Diese Verbesserung ist mehr als nur eine Aktualisierung und wurde bereits vor Jahrzehnten ins Auge gefasst. Das Lasersystem wurde 1986 im Abschlussbericht des „Very Large Telescope Project“ vorgeschlagen, noch bevor das VLTI überhaupt existierte: „Wenn es in der Praxis funktioniert, wäre es ein Durchbruch“, hieß es im Bericht. Jetzt ist dieser Durchbruch Realität.

Weitere Informationen und Quelle unter: https://www.eso.org/public/germany/news/eso2519/?nolang