GRAVITY 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 m 2 . 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 m K ≈ 10 mag, phase-referenced interferometry of objects fainter than m K ≈ 15 mag with a limiting magnitude of m 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°, corresponding to a differential astrometric precision of better than ten microarcseconds ( μ as). 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 μ as 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 μ as 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.

We report the detection of continuous positional and polarization changes of the compact source SgrA* in high states ('flares') of its variable near- infrared emission with the near-infrared GRAVITY-Very Large Telescope Interferometer (VLTI) beam-combining instrument. In three prominent bright flares, the position centroids exhibit clockwise looped motion on the sky, on scales of typically 150 micro-arcseconds over a few tens of minutes, corresponding to about 30% the speed of light. At the same time, the flares exhibit continuous rotation of the polarization angle, with about the same 45(+/-15)-minute period as that of the centroid motions. Modelling with relativistic ray tracing shows that these findings are all consistent with a near face-on, circular orbit of a compact polarized 'hot spot' of infrared synchrotron emission at approximately six to ten times the gravitational radius of a black hole of 4 million solar masses. This corresponds to the region just outside the innermost, stable, prograde circular orbit (ISCO) of a Schwarzschild-Kerr black hole, or near the retrograde ISCO of a highly spun-up Kerr hole. The polarization signature is consistent with orbital motion in a strong poloidal magnetic field.

This paper gives an overview of the CARMENES instrument and of the survey that will be carried out with it during the first years of operation. CARMENES (Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exoearths with Near-infrared and optical Echelle Spectrographs) is a next-generation radial-velocity instrument under construction for the 3.5m telescope at the Calar Alto Observatory by a consortium of eleven Spanish and German institutions. The scientific goal of the project is conducting a 600-night exoplanet survey targeting ~ 300 M dwarfs with the completed instrument. The CARMENES instrument consists of two separate echelle spectrographs covering the wavelength range from 0.55 to 1.7 μm at a spectral resolution of R = 82,000, fed by fibers from the Cassegrain focus of the telescope. The spectrographs are housed in vacuum tanks providing the temperature-stabilized environments necessary to enable a 1 m/s radial velocity precision employing a simultaneous calibration with an emission-line lamp or with a Fabry-Perot etalon. For mid-M to late-M spectral types, the wavelength range around 1.0 μm (Y band) is the most important wavelength region for radial velocity work. Therefore, the efficiency of CARMENES has been optimized in this range. The CARMENES instrument consists of two spectrographs, one equipped with a 4k x 4k pixel CCD for the range 0.55 - 1.05 μm, and one with two 2k x 2k pixel HgCdTe detectors for the range from 0.95 - 1.7μm. Each spectrograph will be coupled to the 3.5m telescope with two optical fibers, one for the target, and one for calibration light. The front end contains a dichroic beam splitter and an atmospheric dispersion corrector, to feed the light into the fibers leading to the spectrographs. Guiding is performed with a separate camera; on-axis as well as off-axis guiding modes are implemented. Fibers with octagonal cross-section are employed to ensure good stability of the output in the presence of residual guiding errors. The fibers are continually actuated to reduce modal noise. The spectrographs are mounted on benches inside vacuum tanks located in the coud´e laboratory of the 3.5m dome. Each vacuum tank is equipped with a temperature stabilization system capable of keeping the temperature constant to within ±0.01°C over 24 hours. The visible-light spectrograph will be operated near room temperature, while the near-IR spectrograph will be cooled to ~ 140 K. The CARMENES instrument passed its final design review in February 2013. The MAIV phase is currently ongoing. First tests at the telescope are scheduled for early 2015. Completion of the full instrument is planned for the fall of 2015. At least 600 useable nights have been allocated at the Calar Alto 3.5m Telescope for the CARMENES survey in the time frame until 2018. A data base of M stars (dubbed CARMENCITA) has been compiled from which the CARMENES sample can be selected. CARMENCITA contains information on all relevant properties of the potential targets. Dedicated imaging, photometric, and spectroscopic observations are underway to provide crucial data on these stars that are not available in the literature.