Blicken in kosmische Schatten: BlackGEM-Teleskope schließen sich der Suche nach Gravitationswellen an

Das BlackGEM-Array, bestehend aus drei neuen Teleskopen am La-Silla-Observatorium der ESO, hat seinen Betrieb aufgenommen. Dieses Foto zeigt die drei offenen Kuppeln der BlackGEM-Teleskope unter einem atemberaubenden Nachthimmel auf La Silla. Andere Teleskope des Observatoriums sind im Hintergrund zu sehen. Credit: S. Bloemen (Radboud-Universität)/ESO

Das BlackGEM-Array, ein System von drei neuen Teleskopen am La-Silla-Observatorium der Europäischen Südsternwarte (ESO), hat seinen Betrieb aufgenommen, um Gravitationswellen zu detektieren, die durch kosmische Ereignisse wie die Verschmelzung von Schwarzen Löchern und Neutronensternen verursacht werden.

Im Gegensatz zu Detektoren wie LIGO und dem Virgo-Interferometer kann BlackGEM diese astronomischen Phänomene mit sichtbarem Licht präzise lokalisieren und unser Verständnis ihrer Prozesse erhöhen, einschließlich der Entstehung schwerer Elemente wie Gold und Platin.

Das BlackGEM-Array, bestehend aus drei neuen Teleskopen am La-Silla-Observatorium der ESO, hat seinen Betrieb aufgenommen. Die Teleskope werden den südlichen Himmel abtasten, um die kosmischen Ereignisse aufzuspüren, die Gravitationswellen produzieren, wie die Verschmelzung von Neutronensternen und Schwarzen Löchern.

Einige kataklysmische Ereignisse im Universum, wie die Kollision von Schwarzen Löchern oder Neutronensternen, erzeugen Gravitationswellen, Ripples in der Struktur von Zeit und Raum. Observatorien wie das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) und das Virgo-Interferometer sind darauf ausgelegt, diese Ripples zu erkennen. Sie können jedoch ihre Ursprünge nicht sehr genau lokalisieren und das flüchtige Licht nicht sehen, das aus den Kollisionen zwischen Neutronensternen und Schwarzen Löchern resultiert. BlackGEM ist dafür konzipiert, große Bereiche des Himmels schnell und präzise mit sichtbarem Licht abzutasten, um Gravitationswellenquellen aufzuspüren.

Auf diesem Drohnenschuss, der am La-Silla-Observatorium der ESO aufgenommen wurde, sieht man eine Nahaufnahme der offenen Kuppeln des BlackGEM-Arrays. Die drei 65-cm-Teleskope, aus denen das Array besteht, sind im Inneren sichtbar. Credit: ESO

"Mit BlackGEM wollen wir die Erforschung kosmischer Ereignisse mit Gravitationswellen und sichtbarem Licht auf eine größere Skala bringen", sagt Paul Groot von der Radboud-Universität in den Niederlanden, dem leitenden Forscher des Projekts. "Die Kombination beider sagt uns viel mehr über diese Ereignisse aus als nur eines davon."

Durch die Erkennung von Gravitationswellen und ihren sichtbaren Gegenstücken können Astronomen die Natur von Gravitationswellenquellen bestätigen und ihre genauen Positionen bestimmen. Die Verwendung von sichtbarem Licht ermöglicht auch detaillierte Beobachtungen der Prozesse, die bei diesen Fusionen auftreten, wie die Bildung schwerer Elemente wie Gold und Platin.

In diesem Bild sind die drei Teleskope des BlackGEM-Arrays am La-Silla-Observatorium der ESO in Chile zu sehen. Die Teleskope können schnell große Bereiche des Himmels absuchen, um eine Quelle zu finden, die Gravitationswellen emittiert, die von LIGO und Virgo erkannt wurden. Credit: Zdeněk Bardon (bardon.cz)/ESO

Bisher wurde jedoch nur eine sichtbare Entsprechung zu einer Gravitationswellenquelle jemals gefunden. Zudem können selbst die fortschrittlichsten Gravitationswellendetektoren wie LIGO oder Virgo ihre Quellen nicht genau identifizieren; höchstens können sie den Ort einer Quelle auf einen Bereich von etwa 400 Vollmonden am Himmel eingrenzen. BlackGEM wird solch große Regionen mit hoher Auflösung schnell genug scannen, um Gravitationswellenquellen mit sichtbarem Licht zielgenau zu lokalisieren.

Die drei Teleskope des BlackGEM-Arrays wurden von einem Konsortium von Universitäten gebaut: der Radboud-Universität, der niederländischen Forschungsschule für Astronomie und der KU Leuven in Belgien. Die Teleskope haben jeweils einen Durchmesser von 65 Zentimetern und können verschiedene Bereiche des Himmels gleichzeitig untersuchen. Die Zusammenarbeit zielt letztendlich darauf ab, das Array auf 15 Teleskope zu erweitern und die Scan-Abdeckung weiter zu verbessern. BlackGEM ist am La-Silla-Observatorium der ESO in Chile beheimatet und somit das erste Array seiner Art auf der südlichen Hemisphäre.

Auf diesem Foto ist ein BlackGEM-Teleskop in seiner Kuppel zu sehen. Das BlackGEM-Array, bestehend aus drei 65-cm-Teleskopen, befindet sich am La-Silla-Observatorium der ESO. Credit: ESO

"Trotz des bescheidenen 65-Zentimeter-Primärspiegels gehen wir so tief wie einige Projekte mit wesentlich größeren Spiegeln, denn wir nutzen die hervorragenden Beobachtungsbedingungen auf La Silla voll aus", sagt Groot.

Sobald BlackGEM eine Gravitationswellenquelle präzise identifiziert, können größere Teleskope wie das Very Large Telescope der ESO oder das zukünftige ESO Extremely Large Telescope detaillierte Folgebeobachtungen durchführen, die dazu beitragen werden, einige der extremsten Ereignisse im Kosmos zu erhellen.

Auf diesem nächtlichen Bild sind die drei Teleskope des BlackGEM-Arrays am La-Silla-Observatorium der ESO in Chile zu sehen. Über den Teleskopen sind die Große und Kleine Magellansche Wolke zu sehen. Das BlackGEM-Array kann schnell große Bereiche des Himmels absuchen, um eine Quelle zu finden, die Gravitationswellen emittiert, die von LIGO und Virgo erkannt wurden. Credit: ESO

In addition to its search for the optical counterparts to gravitational waves, BlackGEM will also perform surveys of the southern sky. Its operations are fully automated, meaning the array can quickly find and observe ‘transient’ astronomical events, which appear suddenly and quickly fade out of view. This will give astronomers deeper insight into short-lived astronomical phenomena such as supernovae, the huge explosions that mark the end of a massive star’s life.

“Thanks to BlackGEM, La Silla now has the potential to become a major contributor to transient research,” says Ivo Saviane, site manager at ESO’s La Silla Observatory. “We expect to see many outstanding results contributed by this project, which will expand the reach of the site for both the scientific community and the public at large.”

This montage of drone and stationary footage shows the three telescopes of the BlackGEM array at ESO’s La Silla Observatory in Chile. This site lies at an altitude of 2400 meters in the Atacama Desert and gives astronomers pristine observing conditions. The BlackGEM array can quickly scan large areas of the sky to find a source that has emitted gravitational waves detected by LIGO and Virgo. The telescopes were built by a consortium of universities: the Netherlands Research School for Astronomy, KU Leuven in Belgium and Radboud University. Credit: ESO

The BlackGEM consortium comprises: NOVA (Netherlands Research School for Astronomy, the national Dutch alliance in astronomy between the University of Amsterdam, University of Groningen, Leiden University, and Radboud University); Radboud University, the Netherlands; KU Leuven, Belgium; the Weizmann Institute, the Hebrew University of Jerusalem and Tel Aviv University, Israel; the University of Manchester and the Armagh Observatory and Planetarium, UK; Texas Tech University, the University of California at Davis and the Las Cumbres Observatory, USA; the University of Potsdam, Germany; the Danish Technical University, Denmark; the University of Barcelona, Spain; and the University of Valparaíso, Chile.