Badanie czarnych dziur jest główną misją nowo zainstalowanego instrumentu GRAVITY na należącym do ESO teleskopie VLT w Chile. Podczas swoich pierwszych obserwacji GRAVITY udanie połączył światło gwiazd z czterech Teleskopów Pomocniczych. Olbrzymi zespół europejskich astronomów i inżynierów, kierowany przez Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics w Garching, który zaprojektował i zbudował GRAVITY, jest bardzo zadowolony z uzyskanych efektów. Podczas wstępnych testów instrument już uzyskał kilka znaczących wyników. Jest to najpotężniejszy spośród zainstalowanych instrumentów Interferometru VLT.

Instrument GRAVITY łączy światło z wielu teleskopów, aby utworzyć wirtualny teleskop o średnicy do 200 metrów, korzystając z techniki zwanej interferometrią. Pozwala to astronomom na wykrycie znacznie słabszych szczegółów w obiektach astronomicznych niż byłoby to możliwe przy pomocy pojedynczego teleskopu.

Od lata 2015 r. międzynarodowy zespół astronomów i inżynierów, którym kieruje Frank Eisenhauer (MPE, Garching, Niemcy), instalował instrument w specjalnie zaadaptowanych tunelach pod teleskopem VLT w Obseratorium Paranal w północnym Chile [1]. Jest to pierwszy etap testowania GRAVITY na interferometrze. Osiągnięto kluczowy etap: po raz pierwszy instrument udanie połączył światło gwiazd z czterech Teleskopów Pomocniczych VLT [2].

„Podczas swojego pierwszego światła i po raz pierwszy w historii interferometrii wielkobazowej w astronomii optycznej, GRAVITY może wykonywać ekspozycje kilkuminutowe, czyli ponad stukrotnie dłuższe niż to było możliwe do tej pory” skomentował Frank Eisenhauer. „GRAVITY otworzy interferometrię optyczną na obserwacje znacznie słabszych obiektów i przesunie granice czułości i dokładności w astronomii wysokich rozdzielczości kątowych do nowych limitów, znacznie dalszych niż aktualne”.

Jako część pierwszych obserwacji zespół zbadał jasne, młode gwiazdy znane jako Gromada Trapez, położone w sercu obszaru gwiazdotwórczego w Orionie. Na podstawie pierwszych testowych danych udało się dokonać małego odkrycia: jeden ze składników gromady okazał się gwiazdą podwójną [3].

Kluczem do tego sukcesu była stabilizacja wirtualnego teleskopu na wystarczająco długi czas, przy wykorzystaniu światła gwiazdy odniesienia, aby głęboka ekspozycja pozwoliła na dostrzeżenie znacznie słabszego obiektu. Co więcej, astronomowie z powodzeniem ustabilizowali także światło z czterech teleskopów jednocześnie – co nie było wcześniej dokonane [3].

GRAVITY może mierzyć pozycje obiektów astronomicznych w znacznie dokładniejszych skalach oraz może uzyskiwać obrazy interferometryczne i wykonywać spektroskopię [4]. Gdyby na Księżycu były budynki, instrument GRAVITY mógłby je dostrzec. Tak ekstremalnie wysoka rozdzielczość obrazów ma wiele zastosowań, ale głównym celem w przyszłości będą badania środowiska wokół czarnych dziur.

W szczególności, GRAVITY będzie badać co dzieje się w niesamowicie silnym polu grawitacyjnym blisko horyzontu zdarzeń supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej – co tłumaczy wybór nazwy dla instrumentu. Jest to obszar, w którym zachowanie jest zdominowane przez ogólną teorię względności Einsteina. Instrument pomoże poznać szczegóły akrecji masy i dżetów – procesów, które zachodzą zarówno wokół nowo narodzonych gwiazd (młodych obiektów gwiazdowych), jak i w obszarach wokół supermasywnych czarnych dziur w centrach innych galaktyk. Będzie także mierzyć ruchy gwiazd podwójnych, egzoplanet i młodych dysków gwiazdowych, a także uzyskiwać obrazy powierzchni gwiazd.

Jak dotąd, instrument GRAVITY był testowany z czterema 1,8-metrowymi Teleskopami Pomocniczymi. Pierwsze obserwacje przy pomocy GRAVITY z czterech 8-metrowymi Teleskopami Głównymi VLT są planowane na dalszą część 2016 roku.

Konsorcjum GRAVITY jest kierowane przez Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, w Garching (Niemcy). Innymi instytutami partnerskimi są:

– LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, Meudon, Francja

– Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Niemcy

– 1. Physikalisches Institut, University of Cologne, Kolinia, Niemcy

– IPAG, Université Grenoble Alpes/CNRS, Grenoble, Francja

– Centro Multidisciplinar de Astrofísica, CENTRA (SIM), Lisbon oraz Oporto, Portugalia

– ESO, Garching, Niemcy

Uwagi:

[1] Tunele VLTI oraz pokój łączenia wiązek światła przeszły niedawno znaczące prace konstrukcyjne, aby przystosować je dla GRAVITY oraz innych przyszłych instrumentów.

[2] Właściwsza nazwą byłoby określenie tego etapu jako „pierwsze prążki”, gdyż polegał on na pierwszym udanym połączeniu światła z różnych teleskopów, czyli wiązki światła interferowały i uzyskano prążki interferencyjne.

[3] Nowo odkrytą gwiazdą podwójną jest Theta1 Orionis F, a obserwacje prowadzono przy pomocy pobliskiej jaśniejszej gwiazdy Theta1 Orionis C jako źródła odniesienia.

[4] Celem GRAVITY są pomiary pozycji obiektów w skalach mikrosekund łuku i wykonywanie zdjęć z rozdzielczością milisekund łuku.