Sojus-MS 10 - Fehlstart mit Folgen?
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Autor: Stefan Heykes / 14. April 2013, 18:10 Uhr

Röntgenteleskop eROSITA: Das allsehende Auge

Derzeit befindet sich das deutsche Röntgenteleskop eROSITA in der Endmontage. Ende 2014 soll es gemeinsam mit dem russischen Röntgenteleskop ART-XC an Bord des russischen Satelliten Spektr-RG zu seiner Mission starten. In den ersten vier Jahren im All wird es den kompletten Himmel durchmustern und somit eine Unmenge neuer Röntgenquellen entdecken.

Quelle: eROSITA Science Book
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NPO Lawotschkin

Bild vergrößernSpektr-RG im All. eROSITA ist das hintere, sechseckige Teleskop. ART-XC ist davor zu sehen
(Bild: NPO Lawotschkin)
Die Missionsplanung sieht vor, in den ersten vier Jahren 8 komplette Durchmusterungen durchzuführen, danach sollen mindestens 3,5 Jahre gezielte Beobachtungen vorgenommen werden. Im Bereich weicher Röntgenstrahlung (0,5-2 keV) stellt eROSITA damit den Nachfolger der ROSAT-Mission (ich glaub wir alle erinnern uns noch an den Absturz ;)) dar, während im Bereich von 2-10 keV eROSITA die erste wirklich komplette Durchmusterungsmission überhaupt darstellt.

Die Röntgenoptik basiert auf dem System der (gescheiterten) ABRIXAS-Mission. Aufgrund eines Designfehlers ging der Satellit leider direkt nach dem Start verloren. eROSITA besitzt also auch 7 einzelne Teleskopmodule. Es handelt sich dabei um Wolter-Teleskope mit jeweils 54 Spiegelschalen. Das Blickfeld von eROSITA beträgt 1° x 1°, dabei wird eine Winkelauflösung von etwa 15 Bogensekunden im Zentrum erreicht. Unter günstigen Bedingungen ist es mithilfe von Subpixel-Rekonstruktionsalgorithmen sogar möglich, die Auflösung auf bis zu 2 Bogensekunden zu senken. Die einzelnen Spiegelschalen müssen dafür extrem präzise gearbeitet sein, ihre Oberflächenrauigkeit liegt unter 0,5 Nanometern. Es handelt sich dabei um Nickelschalen mit Goldbeschichtung. Das bedeutet, dass die Oberfläche auf 2-3 Atomlagen genau gearbeitet ist. Insgesamt wiegt eROSITA etwa 800 kg.

Der Satellit Spektr-RG wird um den Sonne-Erde-L2 kreisen. Dies ist ein Punkt, der von der Sonne aus 1,5 Mio Kilometer hinter der Erde liegt. Um diesen Punkt können Satelliten stabil auf sogenannten Lissajous-Orbits kreisen. Aufgrund der großen Entfernung zur Erde herrschen dort immer die gleichen Bedingungen zur Beobachtung. Daher wird dieser Punkt von immer mehr Weltraumteleskopen genutzt. So haben Herschel und Planck hier ihre Mission erfüllt, viele weitere Missionen werden folgen. Ein Nachteil an diesem Punkt ist jedoch die erhöhte Strahlenbelastung, da hier das schützende Magnetfeld der Erde nicht mehr wirksam ist. Die für eROSITA verwendeten CCDs haben jedoch bei Bodentests nachgewiesen, dass diese Effekte ihre Leistung nicht einschränken.

Nach dem Start mit einer Rakete vom Typ Zenit-3F wird Spektr-RG etwa 3 Monate brauchen, bis der Zielorbit erreicht wird. Dann wird Spektr-RG innerhalb von 6 Monaten einmal um den L2 kreisen. Der Abstand zu diesem Punkt wird dabei rund 1 Million Kilometer betragen. In diesem Orbit wird eROSITA sich so drehen, dass innerhalb von 4 Stunden eine komplette Rotation durchgeführt und somit ein großer Himmelskreis abgetastet wird. Die Drehachse ist dabei zur Sonne hin ausgerichtet.

Mit diesem Verhalten wird der Himmel alle sechs Monate komplett aufgenommen sein. Aufgrund dieser Beobachtungsplanung wird eROSITA die Umgebung der Himmelspole deutlich öfter und länger beobachten als Objekte im Bereich des Himmelsäquators und daher in diesem Bereich eine bessere Datenqualität liefern. Um diese höchste Qualität für einen möglichst großen Bereich von etwa 100 Quadratgrad zu erzielen, wird die Rotationsachse von Spektr-RG um wenige Grad variiert werden.

Im Verlauf der Mission wird eROSITA eine Vielzahl von Objekten erfassen, entdecken und katalogisieren können. Unter anderem sollen alle massereichen Galaxiencluster im beobachtbaren Universum entdeckt werden können. Mit den daraus gewinnbaren Informationen können die Parameter für einige kosmologische Modelle 1-2 Größenordnungen präziser als mit bisherigen Röntgen-Beobachtungen gewonnen werden.

eROSITA wird auch normale Galaxien sowie aktive Galaxienkerne (AGN) entdecken. Alleine drei Millionen AGN sollen mit eROSITA erfasst werden können. Da diese Objekte alle 6 Monate beobachtet werden, kann erstmals für eine große Anzahl von AGN über einen längeren Zeitraum hinweg die Entwicklung der Helligkeit beobachtet werden. Das ist vor allem interessant für Galaxien, die normalerweise nicht aktiv sind, sondern nur bei einzelnen Ereignissen aufleuchten. Das kann zum Beispiel passieren, wenn das zentrale schwarze Loch mal einen Stern verschluckt. Erwartet wird die Entdeckung von etwa 1.000 solcher Ereignisse im Verlauf der Mission.

Durch die Beobachtung des Helligkeitsverlaufs lässt sich rekonstruieren, wie viel Masse die supermassiven schwarzen Löcher innerhalb von AGNs im Lauf der Beobachtungszeit aufnehmen. Damit können Modelle überprüft oder verfeinert werden, die sich mit dem langfristigen Wachstum dieser Objekte beschäftigen.

Neben aktiven Galaxienkernen werden auch normale Galaxien erfasst werden können, deren Röntgenstrahlung von stellaren Quellen innerhalb der Galaxie stammt und nicht vom schwarzen Loch in ihrem Zentrum. Hier wird die Entdeckung von etwa 15.000 bis 20.000 Galaxien erwartet. Bei relativ nahen Galaxien können sogar die hellsten Röntgenquellen innerhalb der Galaxien einzeln identifiziert werden.

Auch in unserer Galaxie gibt es eine Vielzahl von Röntgenquellen. Stellare schwarze Löcher zählen ebenso dazu, wie weiße Zwerge oder Neutronensterne. eROSITA soll mehrere 10.000 solcher Objekte in unserer Milchstraße beobachten können. Auch in unseren Nachbargalaxien wird eROSITA viele einzelne Röntgenquellen erfassen und beobachten.

Neben einzelnen Objekten erzeugt auch heiße interstellare Materie Röntgenstrahlung. eROSITA wird damit auch die Struktur und Verteilung dieses Materials erforschen können und somit vielleicht auch zur Beantwortung ungeklärter Fragen beitragen. So besitzt unsere Milchstraße die sogenannten "Fermi-Blasen". Dies sind zwei kugelförmige Quellen hochenergetischer Strahlung, die zuerst vom Fermi-Teleskop für Gammastrahlen nachgewiesen werden konnten. Es wird vermutet, dass sie in einer aktiven Phase unseres galaktischen Zentrums entstanden sind, allerdings sind die genauen Ereignisse, die zur Bildung führten, noch unklar.

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