Integrals Missionsziele

Die Missionsziele der ESA Mission INTEGRAL.

Autor: Dominik Mayer.

Trotz der vielen Teleskope und Observatorien, die über den ganzen Erdball verteilt sind, und obwohl wir mit immer neuen Satelliten immer mehr Geheimnissen auf den Grund gehen, wissen wir noch längst nicht alles über das All, das mit immer neuen faszinierenden Entdeckungen aufwartet. Der kürzlich gestartete Satellit Integral soll uns einen großen Schritt weiter bringen.

Sterbende Sterne
Ganz am Anfang gab es in unserem Universum nur die beiden Elemente Wasserstoff und Helium. Alle anderen wurden erst später gebildet. Die weniger massenreichen Sterne produzierten einen Großteil des Kohlenstoffs und alle schwereren Elemente wie Sauerstoff, Gold oder Eisen wurden in den größten Sternen geformt. Wenn sie ihre Reaktionsmaterialien komplett aufgebraucht haben, sterben diese großen Sterne in gewaltigen Explosionen, sogenannten Supernovae. Die Materie, die dabei mit immenser Wucht abgestoßen wird, ist die Grundlage für die Bildung neuer Himmelskörper. Jeder Mensch und alles um uns herum besteht aus diesen Restprodukten, den Elementen.

Natürlich werden bei diesen Explosionen auch radioaktive Elemente freigesetzt, die spezielle Gammastrahlung abgeben. Integral wird die Milchstraße nach Vorkommen von Aluminium 26 untersuchen. Da dieses Aluminium-Isotop eine Halbwertszeit von 1,1 Millionen Jahren hat, würde es beweisen, dass innerhalb der letzten Million Jahren Elemente produziert wurden.
Außerdem wird das Gammastrahlen-Observatorium die Lage kürzlich stattgefundener Supernovae bestimmen und vielleicht sogar neue entdecken. Das ist 1998 dem deutschen Satelliten ROSAT und dem Compton Gamma Ray Observatory der NASA gelungen. Sie entdeckten Titanium 44, welches ausschließlich in Supernovae gebildet wird und eine relativ kurze Lebenszeit hat. Daraus schlossen Forscher, dass innerhalb der letzten 900 Jahre eine Explosion in weniger als 700 Lichtjahren Entfernung stattgefunden haben muss.

Seltsame, komprimierte Objekte
Bei der Explosion einer relativ großen Sonne wird jedoch nicht die gesamte Materie weggestoßen, ein Teil davon kollabiert und wird zu einem sogenannten Neutronenstern, einem Stern mit der Masse unserer Sonne aber einem Durchmesser von lediglich 20 Kilometern. Dabei wird die Masse so stark zusammengepresst, das ein einziger Tropfen davon mehrere Millionen Tonnen wiegt.
Wird die maximale Masse von zwei bis drei mal der Masse unserer Sonne überschritten, verwandelt sich der Stern in ein Schwarzes Loch dessen Gravitation so stark ist, das nichts daraus entkommen kann, nicht einmal das Licht.

Die gewaltige Gravitation dieser Objekte beschleunigt die umliegenden Körper, welche dann aufgrund ihrer Geschwindigkeit Gammastrahlung produzieren. Integral wird diese Phänomene zum ersten Mal detailliert abbilden.
Nachdem am 27. August 1998 ein starker Gammastrahlenblitz von einem entfernten Neutronenstern mit starkem Magnetfeld, einem Magnetar, die Nacht taghell werden ließ, vermuten viele Wissenschaftler, dass es Millionen davon in der Galaxie gibt und erhoffen sich neue Erkenntnisse von Integral.

Riesige Schwarze Löcher
Es ist möglich, dass sich ein riesiges Schwarzes Loch im Zentrum unserer Milchstraße befindet. Auf alle Fälle sind dort die gammastrahlenreichsten Objekte unserer Galaxie, welche Integral analysieren wird.

Noch gewaltigere Prozesse spielen sich in den Zentren aktiver Galaxien und Quasare ab, in denen active galactic nuclei (AGN) so hell strahlen, dass sie die komplette Galaxie ausleuchten. Diese 1963 entdeckten Phänomene wurden nach den amerikanischen Wörtern “quasi” (halb-) und “star” (Stern) Quasare genannt und sind die hellsten Lichtquellen des Universums. Das Hauptproblem bei der Untersuchung ist, dass sie viele Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sind. Da die elektromagnetische Strahlung aller AGNs jedoch in Abschnitten von weniger als einem Tag bis zu mehreren Monaten stark schwankt, müssen sie ein geringes Volumen haben. Astronomen vermuten, dass sich Schwarze Löcher im Zentrum dieser aktiven Galaxien und Quasare befinden. Von Zeit zu Zeit kommen unglaublich starke Jets aus diesen Löchern, die Partikel mit annähernd Lichtgeschwindigkeit auswerfen. Integral wir die Jets und AGNs untersuchen.

Mysteriöse gamma ray bursts
Etwa zweimal täglich entdecken Satelliten starke gamma ray bursts, die von einer Hundertstel Sekunde bis zu 90 Minuten andauern können. Über 20 Jahre lang wussten Forscher nicht, wie weit entfernt sich diese Explosionen abspielen können, bis der italienisch-holländische Satellit Beppo-SAX 1997 genaue Röntgenstrahlen-Messungen lieferte und eine präzise Erfassung des Ortes möglich machte.
Messungen mit unterschiedlichen Wellenlängen bestätigten, dass sich die Ausbrüche sehr weit entfernt abspielen und deshalb extrem stark sein müssen. Am 23. Januar 1999 entdeckten Forscher auf der ganzen Welt einen sichtbaren gamma ray bursts, während er noch hochenergetische Strahlung abgab. Es war die energiereichste Eruption aller Zeiten, mit einer Strahlung gleich der einer Million Galaxien.

Um festzustellen wo diese gewaltigen Energien herkommen – von Schwarzen Löchern, Neutronensternen oder den bisher nur in der Theorie vorhanden Hypernovae – braucht man erstklassige Instrumente. Diese befinden