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Erfolgreiche erste Beobachtungen des Galaktischen Zentrums mit GRAVITY
Forschungsinstrument für Schwarze Löcher arbeitet nun mit den vier VLT-Hauptteleskopen

Geschrieben am 23.06.2016 in Kategorie: Astronomie

Ein Team europäischer Astronomen hat mit dem neuen GRAVITY-Instrument am Very Large Telescope der ESO erstaunliche Beobachtungen des Zentrums der Milchstraße machen können, indem es zum ersten Mal das Licht aller vier 8,2-Meter-Hauptteleskope vereint hat. Diese Ergebnisse liefern einen ersten Eindruck davon, welche bahnbrechende Forschung in Zukunft mit GRAVITY möglich sein wird, wenn es das extrem starke Gravitationsfeld nahe des zentralen supermassereichen Schwarzen Lochs untersuchen und die Einsteinsche Allgemeine Relativitätstheorie testen wird.

Das GRAVITY-Instrument arbeitet nun mit den vier 8,2-Meter Unit Telescopes des Very Large Telescope (VLT) der ESO zusammen. Erste Testergebnisse lassensich bereits erahnen, dass das Instrument in Zukunft auf Weltklasse-Niveau arbeiten wird.

GRAVITY ist Teil des VLT-Interferometers. Indem es das Licht der vier Teleskopen vereint, kann es dieselbe räumliche Auflösung und Präzision in der Positionsmessung erreichen wie ein Teleskop mit einem Durchmesser von bis zu 130 Metern. Die Zunahme des Auflösungsvermögen und der Positionsgenauigkeit – die dem Faktor 15 gegenüber der einzelnen 8,2-Meter VLT Unit Telescopes entspricht – machen es GRAVITY möglich, erstaunlich genaue Messungen von astronomischen Objekten zu machen.

Eines der Hauptziele von GRAVITY besteht darin, detaillierte Beobachtungen der Umgebung des 4 Millionen Sonnenmassen schweren Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße durchzuführen. Zwar sind Position und Masse des Schwarzen Lochs seit 2002 bekannt, nachdem man präzise Messungen der Bewegungen der das Schwarze Loch umgebenden Sterne durchgeführt hatte, jedoch wird GRAVITIY es Astronomen in Zukunft ermöglichen, das Gravitationsfeld um das Schwarze Loch in bisher ungekanntem Detail zu untersuchen, wodurch es einen einzigartigen Test der Einsteinschen Allgemeinen Relativitätstheorie ermöglicht.

In dieser Hinsicht sind bereits die ersten Messungen mit GRAVITY sehr spannend. Das GRAVITY-Team hat mit dem Instrument den Stern S2 beobachtet, der das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxis in nur 16 Jahren umrundet. Diese Tests haben eindrücklich die Empfindlichkeit von GRAVITY gezeigt, da das Instrument in der Lage war, diesen lichtschwachen Stern mit einer Beobachtungszeit von nur wenigen Minuten zu erkennen.

Das Team wird bald imstande sein, sehr präzise Positionen des umkreisenden Sterns zu erreichen, was vergleichbar ist mit der Positionsmessung eines Gegenstands auf dem Mond mit einer Präzision im Zentimeter-Bereich. Das wird dem Team die Klärung der Frage ermöglichen, ob die Bewegung um das Schwarze Loch den Vorhersagen der Einsteinschen Allgemeinen Relativitätstheorie folgt – oder auch nicht. Die neuen Beobachtungen zeigen, dass das Galaktische Zentrum hierfür geeignet ist, wie kein anderer Ort.

Frank Eisenhauer vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, der leitende Wissenschaftler für GRAVITY, ist begeistert: „Es war ein großartiger Moment für das ganze Team, als sich das Licht des Sterns zum ersten Mal überlagerte – nach acht Jahren harter Arbeit. Zuerst stabilisierten wir aktiv die Interferenz an einem hellen nahegelegenen Stern, und nur wenige Minuten später konnten wir tatsächlich die Interferenz des schwachen Sterns sehen – wir haben es geschafft!“ Auf den ersten Blick haben weder der Referenzstern noch der umkreisende Stern massereiche Begleiter, die Beobachtungen und Auswertung erschweren würden. „Sie sind ideale Probekörper“, erklärt Eisenhauer.

Dieses erste Indiz auf Erfolg kommt genau richtig: Im Jahr 2018 wird der Stern S2 dem Schwarzen Loch am nächsten sein, in einer Entfernung von nur 17 Lichtstunden und mit einer Geschwindigkeit von fast 30 Millionen Stundenkilometern, oder 2,5 % der Lichtgeschwindigkeit. In dieser Entfernung werden die Effekte aufgrund der Allgemeinen Relativität am ausgeprägtesten sein, wodurch die Beobachtungen von GRAVITY dann das wichtigste Ergebnis liefern werden. Diese Möglichkeit wird sich innerhalb der darauffolgenden 16 Jahre nicht mehr wiederholen.

Quelle

ESO - Europäische Südsternwarte
Die "Europäische Organisation für astronomische Forschung in der südlichen Hemisphäre" oder auch kurz "Europäische Südsternwarte" ist ein Forschungsinstitut mit verschiedenen Observatorien.

Webseite: https://www.eso.org

Künstlerische Darstellung des Sterns S2, wie er sehr nah am supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße vorbeizieht
Diese künstlerische Darstellung zeigt die Umlaufbahn von Sternen um das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. Im Jahr 2018 wird einer dieser Sterne, S2, sehr nah am Schwarzen Loch vorbeiziehen. Dieses Ereignis stellt die beste Möglichkeit dar, die Effekte sehr starker Gravitation zu untersuchen und in naher Zukunft die Vorhersagen der Einsteinschen Allgemeinen Relativitätstheorie zu testen. Das GRAVITY-Instrument am Interferometer des Very Large Telescope der ESO ist das leistungsstärkste existierende Instrument für die Positionsmessung dieser Sterne. Erfolgreich getestet wurde es am S2-Stern im Sommer 2016. Die Umlaufbahn von S2 ist in Rot hervorgehoben und die Position des zentralen Schwarzen Lochs mit einem roten Kreuz gekennzeichnet.
© ESO / L. Calçada
Das Zentrum der Milchstraße
Aufnahme des galaktischen Zentrums. Bei den interferometrischen GRAVITY-Beobachtungen wurde der Stern IRS 16C als Referenzstern werwendet, das wirkliche Zielobjekt war aber der Stern S2. Die Position des galaktischen Zentrums, an der sich das (unsichtbare) Schwarze Loch mit dem Namen Sgr A* mit seinen 4 Millionen Sonnenmassen befindet, ist mit dem roten Kreuz markiert.
© ESO / MPE / S. Gillessen et al.

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