Première lumière de GRAVITY : une nouvelle ère pour l'interférométrie optique

International audienceWith the arrival of the second generation instrument GRAVITY, the Very Large Telescope Interferometer (VLTI) has entered a new era of optical interferometry. This instrument pushes the limits of accuracy and sensitivity by orders of magnitude. GRAVITY has achieved phase-referenced imaging at approximately milliarcsecond (mas) resolution and down to ~ 100-microarcsecond astrometry on objects that are several hundred times fainter than previously observable. The cutting-edge design presented in Eisenhauer et al. (2011) has become reality. This article sketches out the basic principles of the instrument design and illustrates its performance with key science results obtained during commissioning: phase-tracking on stars with K ~ 10 mag, phase-referenced interferometry of objects fainter than K ≳ 17 mag, minute-long coherent integrations, a visibility accuracy of better than 0.25 %, and spectro-differential phase and closure phase accuracy better than 0.5 degrees, corresponding to a differential astrometric precision of a few microarcseconds (μas).Avec l'arrivée de l'instrument de deuxième génération GRAVITY, qui repousse les limites de précision et de sensibilité en interférométrie optique de plusieurs ordres de magnitude, le très grand interféromètre de l'Observatoire Européen Austral (ESO/VLTI) est entré dans une nouvelle ère. GRAVITY a réalisé des images en référence de phase avec une résolution de l'ordre de la milli-seconde d'arc et des mesures astrométriques avec une précision atteignant 100 micro-secondes sur des objets plusieurs centaines de fois moins brillants qu'observable précédemment. Le concept de pointe, présenté dans [Eisenhauer, F. et al., The Messenger, 143, 16 (2011)] est devenu réalité. Cet article esquisse les principes de base de l'instrument et illustre ses performances avec les résultats scientifiques clé obtenus pendant les tests de mise en service : asservissement en phase sur des étoiles de magnitude K=10, imagerie en référence de phase sur des objets de magnitude supérieure à K=17, intégrations cohérentes de l'ordre de la minute, précision de mesure de visibilité inférieure à 0,25%, et précision de mesure sur les phases de clôture ou spectro-différentielles meilleure que 0,5 degrés, ce qui correspond à une précision astrométrique différentielle de quelques micro-arcsecondes

Première lumière de GRAVITY : interférométrie optique avec référence de phase pour le mode interférométrique du Très Grand Télescope européen

International audienceGRAVITY is a new instrument to coherently combine the light of the European Southern Observatory Very Large Telescope Interferometer to form a telescope with an equivalent 130 m diameter angular resolution and a collecting area of 200 m2. The instrument comprises fiber fed integrated optics beam combination, high resolution spectroscopy, built-in beam analysis and control, near-infrared wavefront sensing, phase-tracking, dual-beam operation, and laser metrology. GRAVITY opens up to optical/infrared interferometry the techniques of phase referenced imaging and narrow angle astrometry, in many aspects following the concepts of radio interferometry. This article gives an overview of GRAVITY and reports on the performance and the first astronomical observations during commissioning in 2015/16. We demonstrate phase-tracking on stars as faint as mK ≈ 10 mag, phase-referenced interferometry of objects fainter than mK ≈ 15 mag with a limiting magnitude of mK ≈ 17 mag, minute long coherent integrations, a visibility accuracy of better than 0.25%, and spectro-differential phase and closure phase accuracy better than 0.5°, corresponding to a differential astrometric precision of better than ten microarcseconds (μas). The dual-beam astrometry, measuring the phase difference of two objects with laser metrology, is still under commissioning. First observations show residuals as low as 50 μas when following objects over several months. We illustrate the instrument performance with the observations of archetypical objects for the different instrument modes. Examples include the  Galactic center supermassive black hole and its fast orbiting star S2 for phase referenced dual-beam observations and infrared wavefront sensing, the high mass X-ray binary BP Cru and the active galactic nucleus of PDS 456 for a few μas spectro-differential astrometry, the T Tauri star S CrA for a spectro-differential visibility analysis, ξ Tel and 24 Cap for high accuracy visibility observations, and η Car for interferometric imaging with GRAVITY.GRAVITY est un nouvel instrument permettant la recombinaison interférométrique des télescopes du VLT (Very Large Telescope) de l'ESO (European Southern Observatory) pour former un télescope avec une limite de résolution équivalente à un diamètre 130 m et une surface collectrice de 200 m². L'instrument inclut un dispositif en optique intégré alimenté par fibre pour recombinaison des faisceaux, un spectromètre à haute résolution, des dispositifs intégrés d'analyse et de contrôle, un analyse de surface d'onde en infrarouge (IR) proche, un suiveur de frange, un mode double champ et une métrologie laser. GRAVITY fait office de précurseur en introduisant en interférométrie optique/IR les techniques de référence de phase et d'astrométrie à faible champ, inspirées des concepts développés en radio-interférométrie. Cet article donne un aperçu de GRAVITY et rend compte des performances et des premières observations astronomiques lors de la mise en service en 2015/16. Nous démontrons le suivi de phase sur des étoiles aussi faible que mK ≈ 10 mag, l'interférométrie par référence de phase sur des objets plus faibles que mK ≈ 15 mag avec une magnitude limite de mK ≈ 17 mag, des intégrations cohérentes pendant une minute, une précision de mesure de visibilité meilleure que 0,25%, et une précision sur la mesure des phases différentielles spectrales ou des clôtures de phase meilleure que 0,5 °, correspondant à une précision astrométrique différentielle meilleure que dix microsecondes d'arc (μas). L'astrométrie à double champ, mesurant la différence de phase entre deux objets avec métrologie laser, est encore en cours de test. Les premières observations montrent des résidus aussi bas que 50 μas en suivant des objets sur plusieurs mois. Nous illustrons la performance de l'instrument avec les observations d'objets archétypiques pour les différents modes d'instrument. Les exemples comprennent le trou noir supermassif du centre galactique et son étoile S2 en orbite rapide pour les observations à double champ avec référence de phase et analyse de front d'onde IR, l'étoile binaire massive BP Cru à émission X et le noyau galactique actif de PDS 456 pour quelques cas de spectro-astrométrie différentielle avec quelques μas de précision, l'étoile S CrA (de type T Tauri) pour une analyse spectro-différentielle de visibilité, les étoiles ξ Tel et 24 Cap pour des observations de visibilité de haute précision, et η Car pour une imagerie interférométrique avec GRAVITY