Quelle: MPE 9. Januar 2024.

9. Januar 2024 – Der Röntgensatellit „Einstein Probe“ der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) wurde am 9. Januar 2024 erfolgreich vom Xichang Satellite Launch Center in China mit einer „Long March-2C“-Rakete gestartet. Unter maßgeblicher Beteiligung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) ist das Teleskop mit hochmodernen Röntgenspiegeln und -detektoren ausgestattet und wird eine neue Ära in der zeitaufgelösten Astrophysik bei hohen Energien einläuten. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf sehr variablen und kurzlebigen Phänomenen im Zusammenhang mit Schwarzen Löchern und Neutronensternen in unserer Milchstraße und in fernen Galaxien.

Das wissenschaftliche Hauptziel der Einstein Probe ist die Erforschung des vergänglichen und veränderlichen Röntgenhimmels, indem starke Ausbrüche von hochenergetischem Licht aufgefangen werden, die von Objekten wie verschmelzenden Neutronensternen und Schwarzen Löchern ausgehen. Im Gegensatz zu konventionellen Röntgenteleskopen kann die Einstein-Probe dank ihres einzigartigen Designs fast ein Zehntel des Himmels gleichzeitig überwachen. Sie wird damit viele Quellen entdecken, wenn sie im Röntgenbereich aufleuchten, und detaillierte Studien bekannter und neuer Himmelsphänomene über längere Zeiträume hinweg ermöglichen.

„Bislang war die Erforschung des veränderlichen Himmels im Röntgenbereich auf die wenigen hellsten Objekte beschränkt“, sagt Arne Rau, Astrophysiker am MPE und Mitglied des Einstein Probe Science Management Committee. „Mit dem Design und der Empfindlichkeit der Einstein Probe freue ich mich darauf, eine viel größere Anzahl von Ereignissen zu untersuchen, darunter auch die Signaturen von Sternen, die das Pech haben, von den supermassereichen schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien zerstört zu werden.“

Im Gegensatz zu den Sternen, die wir mit bloßem Auge sehen können, sind die meisten kosmischen Objekte, die im Röntgenlicht leuchten, sehr variabel. Sie werden ständig heller und dunkler, manchmal leuchten sie nur für kurze Zeit hell auf, bevor sie ganz verschwinden.

„Da die Einstein Probe den gesamten Himmel mit hoher Kadenz überwachen kann, ist sie eine Ergänzung zu anderen Röntgenmissionen wie eROSITA“, sagt Peter Friedrich, der den optischen Beitrag des MPE leitete. „Das Teleskop spielt eine entscheidende Rolle, eine Lücke der zeitaufgelösten Beobachtung in diesem Wellenlängenbereich zu schließen.“

Röntgenstrahlen werden insbesondere bei hochenergetischen Ereignissen ausgesandt, etwa bei Kollisionen zwischen Neutronensternen, bei Supernova-Explosionen, bei Sternen, die von massereichen Schwarzen Löchern zerrissen und verschlungen werden, oder von energiereichen Teilchen aus dem heißem Gas , das diese exotischen und geheimnisvollen Objekte umkreist. Die Einstein Probe wird unser Verständnis dieser kosmischen Ereignisse verbessern, indem sie neue Quellen entdeckt und die Variabilität von Objekten überwacht, die überall am Himmel im Röntgenlicht leuchten.

Darüber hinaus wird die Sonde dazu beitragen, unser Verständnis der Quellen zu verbessern, die Gravitationswellen aussenden. Wenn zwei sehr dichte, massereiche Objekte wie zwei Neutronensterne oder schwarze Löcher miteinander verschmelzen, erzeugen sie ein Gravitationswellensignal, das auf der Erde bereits mehrfach nachgewiesen wurde. Allerdings ist es oft schwierig, den Ort der Quelle zu bestimmen – am ehesten ist diese im Röntgenlicht zu erkennen, wenn dieser kosmische Crash von einem Lichtblitz begleitet wird. Die Einstein Probe kann routinemäßig neue Röntgenquellen aufspüren, schnell reagieren und in die Richtung zeigen, die bodengestützte Gravitationswellenexperimente vorgeben. Dies wird es den Wissenschaftlern ermöglichen, diese kurzlebigen Ereignisse zu untersuchen und ihren Ursprung zeitnah zu identifizieren.

Entscheidend für den Erfolg der Einstein Probe sind ihre hochmodernen Instrumente – das Wide-Field X-ray Telescope (WXT) und das Follow-up X-ray Telescope (FXT), wobei letzteres eng dem Design des eROSITA-Röntgenteleskops folgt. Das MPE lieferte das „flight spare“ Spiegelmodul für das FXT und arbeitete mit ESA und Partnern aus der Industrie zusammen, um auch das zweite Spiegelmodul herzustellen.

Das WXT-Teleskop nutzt eine innovative „Hummeraugen-Optik“, mit der die Einstein Probe 3600 Quadratgrad des Himmels gleichzeitig erfassen kann – fast ein Zehntel der Himmelskugel in einer einzigen Einstellung. Diese Leistung ist entscheidend für die Überwachung des gesamten Nachthimmels alle 4,5 Stunden und bietet einen umfassenden Blick auf das Röntgenuniversum. Wenn WXT eine neue Röntgenquelle entdeckt, kann der Satellit innerhalb von Sekunden rotieren und das viel empfindlichere FXT für eine detailliertere Untersuchung darauf ausrichten. Die Kalibierung der beiden Teleskope für WXT und FXT fand in der PANTER-Testeinrichtung des MPE statt.

Das MPE steuerte auch die hochmodernen Detektoren von FXT bei. „Wir haben die CCD-Detektormodule auf der Grundlage unserer Erfahrungen mit der erfolgreichen eROSITA-Mission entwickelt“, sagt Norbert Meidinger, der am MPE für die Detektoren verantwortlich war. „Ihre hervorragende Zeitauflösung von 50ms im Standard-Beobachtungsmodus und sogar 2ms im Fenster-Modus kombiniert mit einer state-of-the-art Energieauflösung nahe der theoretischen Grenze sind für das Erreichen der wissenschaftlichen Ziele der Einstein Probe Mission unerlässlich.“

Die Einstein Probe ist eine Röntgenmission der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE). Als Gegenleistung für seinen Beitrag zur Entwicklung dieser Mission erhält das MPE direkten Zugang zu 10 % der Daten, die bei den Beobachtungen von Einstein Probe anfallen.

„Es war eine großartige Teamleistung, unsere eROSITA-Hardware an die Spezifikationen der neuen Mission anzupassen – unter den sehr schwierigen Bedingungen während der Pandemie“, fügt Peter Friedrich hinzu. „Wir sind sehr stolz darauf, Teil dieses spannenden Projekts zu sein und freuen uns auf viele Entdeckungen und wissenschaftliche Möglichkeiten am veränderlichen Röntgenhimmel.“

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• Aiyinsitan Tanzhen (Einstein Probe) auf CZ-2C

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Quelle: ESA 21. Dezember 2023.

21. Dezember 2023 – Ausgestattet mit einer neuen Generation von Röntgeninstrumenten mit hoher Empfindlichkeit und einem sehr weiten Blickfeld wird diese Mission den Himmel vermessen und nach starker Röntgenstrahlung suchen, die von mysteriösen Himmelsobjekten wie Neutronensternen und schwarzen Löchern stammt.

Im Gegenzug für einen Beitrag zur Entwicklung dieser Mission und zur Festlegung der wissenschaftlichen Ziele erhält die ESA Zugang zu 10 % der Daten, die durch die Beobachtungen der Mission generiert werden.

„Dank seines innovativen Designs kann Einstein Probe große Bereiche des Himmels auf einen Blick beobachten. Auf diese Weise können wir viele neue Quellen entdecken und gleichzeitig das Verhalten des Röntgenlichts von bekannten Himmelsobjekten über lange Zeiträume hinweg untersuchen“, sagt Erik Kuulkers, ESA-Projektwissenschaftler für Einstein Probe.

„Der Kosmos ist unser einziges Labor, um die energiereichsten Prozesse zu untersuchen. Missionen wie Einstein Probe sind unerlässlich, um unser Verständnis dieser Prozesse zu verbessern und mehr über grundlegende Aspekte der Hochenergiephysik zu erfahren.“

Den Röntgenhimmel im Blick
Im Gegensatz zu den Sternen, die unseren Nachthimmel zieren und zuverlässig die Sternbilder kennzeichnen, sind die meisten kosmischen Objekte, die im Röntgenlicht leuchten, höchst variabel. Sie werden ständig heller und dukler, und in vielen Fällen tauchen sie kurz auf, bevor sie für längere Zeit (dann werden sie transient genannt) oder endgültig verschwinden.

Angetrieben von turbulenten kosmischen Ereignissen ist die Röntgenstrahlung aus astronomischen Quellen sehr unberechenbar. Sie enthält jedoch grundlegende Informationen über einige der rätselhaftesten Objekte und Phänomene in unserem Universum. Röntgenstrahlung wird mit Kollisionen zwischen Neutronensternen, Supernova-Explosionen, Materie, die auf Schwarze Löcher oder hyperdichte Sterne fällt, oder hochenergetischen Teilchen, die von Scheiben aus glühendem Material ausgespuckt werden, die solche exotischen und geheimnisvollen Objekte umkreisen, in Verbindung gebracht.

Einstein Probe wird unser Verständnis dieser kosmischen Ereignisse verbessern, indem sie neue Quellen entdeckt und die Variabilität von Objekten überwacht, die überall am Himmel in Röntgenlicht leuchten.

Die Fähigkeit, routinemäßig neue Röntgenstrahlung aufzuspüren, ist von grundlegender Bedeutung für unser Verständnis des Ursprungs von Gravitationswellen. Wenn zwei hyperdichte massive Objekte wie zwei Neutronensterne oder Schwarze Löcher zusammenstoßen, entstehen im Gefüge der Raumzeit Wellen, die kosmische Entfernungen überwinden und uns erreichen. Mehrere Detektoren auf der Erde sind nun in der Lage, dieses Signal zu registrieren, können aber oft die Quelle nicht lokalisieren. Handelt es sich um Neutronensterne, geht ein solcher „kosmischer Crash“ mit einem enormen Lichtstoß über das gesamte Lichtspektrum und insbesondere in der Röntgenstrahlung einher. Indem wir es Forschenden ermöglichen, diese kurzlebigen Ereignisse zeitnah zu untersuchen, wird uns Einstein Probe dabei helfen, den Ursprung vieler der Gravitationswellenimpulse zu identifizieren, die auf der Erde beobachtet werden.

Hummeraugen im All
Um alle wissenschaftlichen Ziele zu erreichen, ist Einstein Probe mit einer neuen Generation von Instrumenten mit hoher Empfindlichkeit und der Fähigkeit ausgestattet, große Bereiche des Himmels zu beobachten: das Weitfeld-Röntgen-Teleskop (WXT) und das Follow-up-Röntgen-Teleskop (FXT).

WXT verfügt über ein modulares optisches Design, das den Augen eines Hummers nachempfunden ist und innovative Micro Pore Optics Technologie verwendet. Damit kann das Instrument 3600 Quadratgrad (knapp ein Zehntel der Himmelskugel) in einer einzigen Aufnahme beobachten. Dank dieser einzigartigen Fähigkeit kann Einstein Probe fast den gesamten Nachthimmel in drei Umlaufbahnen um die Erde (jede Umkreisung dauert 96 Minuten) beobachten.

Anschließend werden neue Strahlenquellen oder andere interessante Ereignisse, die von WXT entdeckt werden, gezielt untersucht und mit dem empfindlicheren FXT eingehend untersucht. Entscheidend ist, dass das Raumfahrzeug auch ein Signal an die Bodenstation sendet, um andere Teleskope auf der Erde und im Weltraum zu aktivieren, die in anderen Wellenlängen (vom Radio bis zum Gammastrahl) arbeiten. Sie werden schnell auf die neue Quelle ausgerichtet, um wertvolle Daten in mehreren Wellenlängen zu sammeln und so eine gründlichere Untersuchung des Ereignisses zu ermöglichen.

Europäischer Beitrag
Die ESA hat bei der Entwicklung der wissenschaftlichen Instrumente der Sonde eine wichtige Rolle gespielt. Sie leistete Unterstützung bei der Erprobung und Kalibrierung der Röntgendetektoren und der Optik von WXT.

Die ESA entwickelte in Zusammenarbeit mit dem MPE und Media Lario (Italien) die Spiegelanordnung eines der beiden Teleskope von FXT. Die FXT-Spiegelanordnung basiert auf dem Design und der Technologie der XMM-Newton-Mission der ESA und der eROSITA-Mission der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.

Das MPE steuerte die Spiegelanordnung für das andere Teleskop von FXT bei und entwickelte die Detektormodule der beiden Einheiten von FXT. Für FXT stellte die ESA auch das System zur Verfügung, um unerwünschte Elektronen von den Detektoren (dem Elektronendiverter) abzulenken.

Während der gesamten Mission werden die Bodenstationen der ESA genutzt, um die Daten der Sonde herunterzuladen.

Die ESA-Flotte hochenergetischer Missionen
Die ESA blickt auf eine lange, erfolgreiche Geschichte in der Hochenergie-Astronomie zurück. XMM-Newton und Integral untersuchen seit über zwei Jahrzehnten das Universum im Röntgen- und Gammastrahlenbereich, was zu großen Fortschritten auf diesem Gebiet geführt hat. Die ESA nimmt auch an der Röntgenstrahlung und Spektroskopie-Mission (XRISM) Teil, die von der Japanischen Raumfahrtagentur (JAXA) in Zusammenarbeit mit der NASA geleitet wird und die im Sommer 2023 gestartet ist.

„Die Fähigkeiten von Einstein Probe ergänzen in hohem Maße die eingehenden Untersuchungen einzelner kosmischer Quellen, die durch die anderen Missionen ermöglicht werden“, bemerkt Kuulkers. „Dieser Röntgenmesser ist auch der ideale Vorläufer der ESA New Athena-Mission, an der derzeit gearbeitet wird und das größte jemals gebaute Röntgenobservatorium sein wird.“

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• Aiyinsitan Tanzhen (Einstein Probe) auf CZ-2C

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Quelle: AIP.

7. April 2022 // Frische Lieferung aus Lyon: Der erste von drei Spektrographen für 4MOST, ein neues innovatives Instrument für Himmelsdurchmusterungen, das unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) gebaut wird, ist auf dem Campus des Instituts in Potsdam-Babelsberg angekommen. Nur eine Woche nach seiner Ankunft hat der niedrig auflösende Spektrograph nun ein erstes Spektrum nach dem Wiederzusammenbau aufgenommen.

4MOST, das 4-Meter-Multi-Object Spectroscopic Telescope für das VISTA-Teleskop der Europäischen Südsternwarte (ESO) am Paranal in Chile, besteht aus drei Spektrographen, die gleichzeitig die Spektren von 2400 Sternen und Galaxien messen werden. Nach der Fertigstellung in den Partnerinstituten des AIP treten alle drei den Weg nach Potsdam an, damit Mitarbeitende dort das System testen und validieren können. Zwei sind identische niedrig auflösende Spektrographen, der dritte ein hochauflösender Spektrograph. Jeder der drei Spektrographen wird jeweils über 800 Fasern mit Licht aus dem Teleskop versorgt und besitzt drei Arme in fester Konfiguration, die jeweils dem blauen, grünen und roten Teil des optischen Spektrums entsprechen. Jeder Arm wiederum ist mit einem CCD-Detektor mit 36 Megapixeln ausgestattet. Die niedrig auflösenden Spektrographen werden eine kontinuierliche Wellenlängenabdeckung vom sichtbaren Licht bis zum nahen Infrarot bieten.

Das 4MOST-Partnerinstitut Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CRAL) in Lyon, Frankreich, stellte im Dezember 2021 den ersten der drei Spektrographen fertig. Nach den Abnahmetests wurde er demontiert und verpackt, um den Versand zum AIP vorzubereiten. Vier Lastwagen transportierten ihn am 29. März 2022 zum Babelsberger Campus des AIP. Ein Team von fünf Kolleginnen und Kollegen des CRAL, unterstützt durch das lokale 4MOST-Integrationsteam und zwei Mitarbeitende des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, packte den Spektrographen aus. Nach der Remontage erblickte der Spektrograph nun in Potsdam sein „erstes Licht“.

„Die Lieferung und das ‚erste Licht‘ des ersten niedrig auflösenden Spektrographen ist ein wichtiger Meilenstein für das 4MOST-Projekt“, betont 4MOST-Projektleiter Joar Brynnel. „Wir haben den Erhalt dieser wichtigen Komponente freudig begrüßt und freuen uns nun auf ihren Wiedereinbau in der Integrationshalle des AIP.“ Die beiden verbleibenden Spektrographen sollen im August und Oktober 2022 geliefert werden.

Alban Remillieux, Projektleiter für den niedrig auflösenden Spektrographen von CRAL, fügt hinzu: „Die Reintegration des ersten Spektrographen am AIP verlief ziemlich reibungslos. Dieser Erfolg war möglich dank eines gut gesicherten Transports, was den Wiederzusammenbau erheblich erleichterte, und der wertvollen Unterstützung des lokalen 4MOST-Integrationsteams am AIP, welche die Effizienz und Zuverlässigkeit des CRAL-Teams während der Reintegration verbesserte.“

Das 4MOST-Konsortium besteht aus 17 Instituten in Deutschland, Australien, Frankreich, den Niederlanden, Schweden, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich und wird vom AIP geleitet. 4MOST wird am VISTA-Teleskop der ESO am Paranal in Chile montiert. Das Design von 4MOST ermöglicht es, in fünfjährigen Durchmusterungen Dutzende von Millionen von Spektren zu sammeln, selbst für Ziele, die über einen großen Teil des Himmels verteilt sind. Das Instrument wird auch über eine ausreichende Wellenlängenabdeckung verfügen, um die Geschwindigkeiten von extragalaktischen Objekten über einen großen Rotverschiebungsbereich zu erfassen und so Messungen der Entwicklung von Galaxien und der Struktur des Kosmos zu ermöglichen. Mit diesem außergewöhnlichen Instrument lassen sich viele wissenschaftliche Ziele verwirklichen, aber das Design ist vor allem darauf ausgerichtet, die Himmelsbeobachtungen der drei wichtigen weltraumgestützten Observatorien von vorrangigem europäischem Interesse zu ergänzen: Gaia, EUCLID und eROSITA.

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• VISTA

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Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: University of Hawaii.

Der 1941 entdeckte Komet 57P/du Toit-Neujmin-Delporte zieht eine Schleppe aus mindestens 19 Bruchstücken hinter sich her. Höchstwahrscheinlich haben sich die Kometenteile von dem Kern gelöst, als der Komet sich durch die zunehmende Annäherung an die Sonne erwärmte. Welche Prozesse genau durch diesen so genannten „thermischen Stress“ im Kometenkern ausgelöst werden ist bisher noch unbekannt, da die Wissenschaftler noch zu wenig über den genauen Aufbau dieser zum größten Teil aus Wassereis und steinigem Material bestehenden Himmelskörper wissen.

Die Beobachtung von Kometenbruchstücken an sich ist nicht ungewöhnlich, wie die Wissenschaftler des Institute for Astronomy der Universität von Hawaii anlässlich ihrer Entdeckung berichten. Alleine die Anzahl von Bruchstücken, die über eine Strecke von rund 1 Million Kilometern verteilt im „Windschatten“ des Kometen folgen, ist außergewöhnlich hoch. Die in den Nächten vom 17. bis zum 19. Juli entdeckten Bruchstücke wurden mit Hilfe des instituteigenen 2,2 m-Teleskops entdeckt, da sie sich gegenüber den scheinbar stillstehenden Hintergrundsternen bewegten. Der Kometenschweif aus herausgesprengten Bruchstücken nimmt am Sternenhimmel eine Strecke von ca. 30 Bogenminuten ein, was in etwa dem Durchmesser des Vollmondes entspricht.

Die Größe der Bruchstücke konnte nur ungefähr bestimmt werden: Die Schätzungen gehen von einigen hundert Metern für die größten Teile bis hin zu ein paar Dutzend Metern für die kleinsten Brocken. Durch die Beobachtung der „Kometensprengsel“ in den folgenden Wochen und Monaten hoffen die Astronomen, mehr über die Zusammensetzung und Sprödigkeit des Kometenmaterials zu erfahren.

Für das menschliche Auge ist dieses schöne Himmelsspektakel übrigens nicht ohne Hilfsmittel sichtbar: Das hellste Bruchstück ist rund 250.000-mal dunkler als der leuchtschwächste Stern, den ein menschliches Auge gerade noch wahrnehmen kann – leider also nur ein Schauspiel auf CCD („Charged Couple Device“ = lichtempfindlicher elektronischer Empfänger des Teleskops).

Der Beitrag Himmlisches Schauspiel auf CCD erschien zuerst auf Raumfahrer.net.