PARANAL / LONDON (IT BOLTWISE) – Die Europäische Südsternwarte hat mit der Einführung von vier Hochleistungslasern und dem Instrumentensystem Gravity+ einen bedeutenden Fortschritt in der Astronomie erzielt. Diese Innovation ermöglicht es, künstliche Sterne zur Korrektur atmosphärischer Verzerrungen zu erzeugen und verbessert die Beobachtungsfähigkeit des Paranal-Observatoriums erheblich.
Die Europäische Südsternwarte (ESO) hat mit der Einführung von vier Hochleistungslasern und dem neuen Instrumentensystem Gravity+ einen bedeutenden Fortschritt in der Astronomie erzielt. Diese Technologie ermöglicht es, künstliche Sterne zur Korrektur atmosphärischer Verzerrungen zu erzeugen und verbessert die Beobachtungsfähigkeit des Paranal-Observatoriums erheblich. Das Gravity+-Projekt, geleitet vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, bündelt die vier 8-Meter-Teleskope der ESO zu einem riesigen virtuellen Teleskop mit extrem hoher Auflösung.
Dank der Interferometrie-Technik und der verbesserten adaptiven Optik steigert das GRAVITY+-Projekt die Leistungsfähigkeit des Experiments maßgeblich. Die neuen Laser schaffen Flexibilität, indem sie künstliche Referenzsterne in der Atmosphäre erzeugen, was Beobachtungen am gesamten Himmel ermöglicht, unabhängig von realen Referenzsternen. Dies ist ein entscheidender Vorteil gegenüber bisherigen Korrekturverfahren, die auf helle Referenzsterne in der Nähe des Zielobjekts angewiesen waren.
Das Very Large Telescope Interferometer (VLTI) kombiniert das Licht von vier einzelnen Teleskopen des Very Large Telescope (VLT) und nutzt dabei entweder die 8-Meter-Einzelteleskope oder die kleineren Hilfsteleskope mittels Interferometrie. Ein Konsortium europäischer Institute unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik hat das Instrument, das für die präzise Bildgebung sorgt, nun signifikant erneuert. Es läuft fortan unter dem Namen Gravity+. Das Vorgängerinstrument Gravity hat in der Astronomie in den letzten Jahren dank bislang unerreichter Winkelauflösung, also Abbildungsgenauigkeit am Himmel, einige Rekorde eingefahren.
Mit Gravity+ wurden auch die Teleskope und der unterirdische Strahlkombinator umfassend modernisiert, sowie Laser an jedem der zuvor nicht ausgestatteten 8-Meter-Teleskope installiert. Dank der Laser und des aktualisierten Gesamtsystems erreicht der Teleskopverbund nun Winkelauflösungen von wenigen Millibogensekunden. „Das VLTI mit GRAVITY hat bereits so viele unerwartete Entdeckungen ermöglicht, dass wir gespannt sind, wie GRAVITY+ die Grenzen noch weiter verschieben wird“, sagt Frank Eisenhauer, GRAVITY+-Projektleiter und Direktor am MPE.
Das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik spielte eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von Gravity+ und leitete das Gesamtdesign. Das Institut entwickelte und installierte außerdem vier neue, hochmoderne Wellenfrontsensoren. Diese Sensoren werden zur Beobachtung der künstlichen Sterne verwendet, die durch die neu installierten Laser erzeugt werden, und ermöglichen eine fortschrittliche adaptive Optikkorrektur für das VLTI. Gemeinsam mit verformbaren Spiegeln gleicht diese Technik die durch die Erdatmosphäre verursachten Unschärfeeffekte aus.
Vor der Installation des Lasers musste die Korrektur der atmosphärischen Sichtverhältnisse am VLTI auf helle natürliche Referenzsterne zurückgreifen. In den meisten Fällen gibt es jedoch keinen geeigneten Stern in der Nähe des interessierenden Ziels, was die Anzahl der beobachtbaren Objekte stark einschränkte. Mit den neuen Lasern können nun künstliche Sterne an jeder beliebigen Stelle am Himmel erzeugt werden. Das Laserlicht regt einen kleinen Punkt in einer Schicht aus Natriumatomen in der Atmosphäre an, etwa 90 Kilometer über der Erdoberfläche, und erzeugt so einen Laserleitstern. Dies erweitert den Beobachtungsbereich des VLTI erheblich und ermöglicht den Zugang zum gesamten südlichen Himmel.
Die Arbeitsgruppe zu Infrarotastronomie am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik plant, die neuen adaptiven Optiksysteme mit Laserleitsternen in zwei wichtigen Forschungsbereichen einzusetzen: dem galaktischen Zentrum und Quasaren im frühen Universum. Im galaktischen Zentrum wird das Team dank der verbesserten Schärfe und Empfindlichkeit noch schwächere Sterne entdecken und verfolgen können, die das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße umkreisen – und damit den Weg für eine direkte Messung der Rotation des schwarzen Lochs ebnen.
Die verbesserten Fähigkeiten werden es den Forschenden außerdem ermöglichen, das Gas, das schnell um supermassereiche schwarze Löcher in weit entfernten Galaxien wirbelt, räumlich aufzulösen. Die Methode funktioniert über die gesamte kosmische Zeit hinweg und führt zu einer direkten Messung der Masse des schwarzen Lochs. „Diese Verbesserungen ermöglichen Beobachtungen von Objekten im frühen Universum, weniger als ein paar hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Wir werden in der Lage sein, die Massen von schwarzen Löchern präziser als je zuvor zu messen, und zwar zu einem kritischen Zeitpunkt, als sich schwarze Löcher und ihre Wirtsgalaxien rasant entwickelten“, sagt Taro Shimizu, Astronom am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und Mitglied des Instrumentenkonsortiums.
Zu Testzwecken wurde als erstes Ziel ein Cluster massereicher Sterne im Zentrum des Tarantelnebels ausgewählt, einer Sternentstehungszone in der Großen Magellanschen Wolke, einer Nachbargalaxie der Milchstraße. „Bereits diese ersten Beobachtungen zeigten, dass ein helles Objekt im Nebel, das als der massereichste bekannte Einzelstern galt, tatsächlich ein Doppelsternsystem aus zwei eng beieinander liegenden Sternen ist“, erklärt Guillaume Bourdarot vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. Dies verdeutliche die beeindruckende Auflösungsleistung und das wissenschaftliche Potenzial des verbesserten VLTI.
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