Der ganze Himmel im Röntgenlicht

Am 13. Juli ist das Weltraumteleskop eRosita gestartet und soll tiefe Einblicke ins All liefern

Die kleine Flotte von Röntgenspähern ist um ein Flaggschiff reicher. Am 13. Juli, pünktlich um 14.31 Uhr, hob das deutsche Teleskop eRosita vom russischen Weltraumbahnhof Baikonur ins All ab. Der Start war ursprünglich für 21. Juni geplant gewesen, musste aber wegen Problemen mit der Proton-M-Trägerrakete dreimal verschoben werden. Auf einer Plattform an Bord befindet sich neben dem Röntgenteleskop eRosita, das am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching entwickelt und gebaut wurde, auch ein russisches Teleskop namens Art-XC. Hauptziel der Mission von eRosita ist die erste vollständige Himmelsdurchmusterung im mittleren Röntgenbereich bis zu einer Energie von zehn Kiloelektronenvolt.

Bilderbuchstart: Pünktlich hebt am 13. Juli in Baikonur eine russische Proton-M-Trägerrakete ab und bringt das deutsche Röntgenteleskop eRosita ins All.

Mit eRosita beginnt eine neue Ära der Röntgenastronomie. Denn kein Teleskop zuvor hat das gesamte Firmament derart detailliert ins Visier genommen, wie das eRosita tun soll. „Wir haben eRosita gebaut, um den Röntgenhimmel auf eine ganz neue Art zu sehen und um damit die Geheimnisse der Kosmologie und der schwarzen Löcher zu lüften", sagt Peter Predehl vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik als wissenschaftlicher Leiter der Mission. „Die bisher unerreichte spektrale und räumliche Auflösung wird es uns ermöglichen, die Verteilung von riesigen Galaxienhaufen zu untersuchen und mehr über die rätselhafte Dunkle Energie zu erfahren“, 

Tatsächlich beschäftigt die Frage nach der Natur der mysteriösen Dunklen Energie, die das Universum beschleunigt auseinandertreibt, die Astronomen seit vielen Jahren. In der Dunklen Energie stecken knapp 70 Prozent der Gesamtmasse des Universums. Sie entzieht sich einer direkten Beobachtung, beeinflusst aber gemeinsam mit der Dunklen Materie – sie macht ungefähr 30 Prozent des Alls aus – die Entstehung und Entwicklung von Galaxienhaufen; diese stellen die größten gravitativ gebundenen Objekte im Universum dar.

Diese Animation erklärt die Mission des Weltraumteleskops, die vom russischen Weltraumbahnhof Baikonur starten soll.

Die eRosita–Mission

Diese Animation erklärt die Mission des Weltraumteleskops, die vom russischen Weltraumbahnhof Baikonur starten soll.

Röntgenbeobachtungen von Galaxienhaufen erlauben Einblicke in die Art und Weise, wie das Universum expandiert. Zudem liefern sie Hinweise auf den Anteil der sichtbaren Materie und auf Fluktuationen, die vermutlich unmittelbar nach dem Urknall auftraten. Diese winzigen Schwankungen im damals herrschenden Quantenvakuum scheinen hinter dem Ursprung von Galaxienhaufen und der gesamten Architektur des Kosmos zu stecken.

eRosita soll in einer detaillierten Himmelsdurchmusterung den großräumigen Aufbau des Weltalls kartografieren und rund 100.000 Galaxienhaufen beobachten. Dabei richten die Forscher ihr Augenmerk auf das heiße intergalaktische Medium in diesen Haufen, aber auch auf Gas und Staub dazwischen. Diese Materiefäden verleihen dem Kosmos im Großen die Struktur eines Netzes, wobei sich die Galaxienhaufen gleichsam an den Knoten dieses Netzes anordnen.

Die Wissenschaftler erwarten, dass das Röntgenteleskop zudem Millionen von aktiven galaktischen Kernen erfasst, in denen massereiche schwarze Löcher sitzen. „Dieses Jahr sahen wir das erste Bild eines supermassereichen schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie. eRosita wird uns sagen, wann und wo dieses Monster und Millionen andere im Laufe der kosmischen Zeit gewachsen sind", sagt Kirpal Nandra, Direktor der Hochenergie-Gruppe am Garchinger Max-Planck-Institut. Es sei "atemberaubend", wie weit unser Verständnis des Universums bereits fortgeschritten ist.

Auch innerhalb unserer Milchstraße soll eRosita viele Röntgenquellen entdecken, darunter Doppelsterne und die Überreste von Sternexplosionen (Supernovae). Außerdem stehen seltene Objekte wie isolierte Neutronensterne – die ausgebrannten und superdichten Relikte von gestorbenen, massereichen Sonnen – auf dem Beobachtungsplan.

Mit Gold beschichtete Spiegelmodule

Röntgenlicht lässt sich nicht mit normalen Parabolspiegeln, wie sie sich in optischen Fernrohren befinden, auffangen und bündeln. Denn Röntgenphotonen besitzen eine große Energie. Um sie von einer Spiegelfläche zu reflektieren, müssen sie in einem sehr flachen Winkel einfallen. Derartige Wolter-Teleskope ähneln langen Röhren, in denen die Spiegel ineinander gefügt sind, um die Zahl der registrierten Photonen zu erhöhen. So besteht eRosita aus sieben identischen Spiegelmodulen mit je 54 verschachtelten Schalen. Diese sind extrem glatt - die Oberflächenrauigkeit beträgt 0,3 Nanometer (millionstel Millimeter) - und mit Gold beschichtet, um die nötige Reflektivität für streifenden Einfall zu erreichen. Im Fokus jedes Spiegelmoduls sitzen spezielle Röntgenkameras.

Gebündelte Sehkraft: Das Röntgenteleskop eRosita besteht aus sieben identischen Spiegelmodulen mit je 54 Spiegelschalen. Nach der Integration der Spiegel und Kameras im Reinraum des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik wurden die Röntgenaugen durch eine Schutzklappe verschlossen.

Auf Basis der schon bei früheren Missionen verwendeten, lichtempfindlichen elektronischen Bauelemente (Röntgen-CCDs) haben die Forscher am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik ein neuartiges Detektorsystem entwickelt. Darin kommen CCDs aus höchst reinem Silizium zum Einsatz. Diese werden auf eine Temperatur von minus 90 Grad Celsius gekühlt und erreichen dadurch eine hohe Empfindlichkeit.

Bereits im Jahr 2016 wurde das letzte Spiegelmodul im Reinraum des Garchinger Instituts in das Teleskop integriert. Danach bestand eRosita alle Tests auf dem institutseigenen Prüfstand mit Bravour. Seit 2017 befindet sich der Röntgenspäher in Russland, wo es zusammen mit dem russischen Sekundärinstrument Art-XC in die Mission Spektrum-RG (für Röntgen-Gamma) integriert und schließlich ins kasachische Baikonur gebracht wurde. Der Start mit einer Proton-M-Trägerrakete ist für den 21. Juni geplant.

Im Gegensatz zu seinem deutschen Vorläufer Rosat, wird eRosita nicht auf einer Bahn die Erde umkreisen, sondern in 1,5 Millionen Kilometer Entfernung platziert. Dort, am Librations- oder Lagrangepunkt 2, wird das Teleskop jedoch nicht ortsfest stationiert, sondern diesen Punkt auf einer ausgedehnten Bahn umlaufen. Einer der Vorteile besteht darin, dass das Teleskop die Orientierung in Bezug auf Sonne und Erde beibehält und daher die Abschirmung vor Sonnenstrahlung wesentlich einfacher ist als auf einer Erdumlaufbahn. Die Mission von eRosita soll ungefähr sieben Jahre dauern.

Internationale Kooperation

Beteiligt an Bau und Entwicklung des Röntgenteleskops eRosita waren das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (Leitung), das Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität  Tübingen, das Leibniz Institut für Astrophysik Potsdam (AIP), die Sternwarte der Universität Hamburg, und die Dr. Karl Remeis-Sternwarte Bamberg, Astronomisches Institut der Universität Erlangen-Nürnberg.

An der Vorbereitung der Wissenschaft mit eRosita wirken außerdem die Universitätssternwarte der Ludwig-Maximilians Universität München mit sowie das Argelander Institut für Astronomie, Universität Bonn. Das russische Partnerinstitut ist das Space Research Institut IKI in Moskau; für die gesamte Mission SRG ist die Firma NPOL, Lavochkin Association, Khimky bei Moskau, technisch verantwortlich. Unterstützt wird das Projekt von den beiden Raumfahrtagenturen in Russland und Deutschland, Roskosmos und Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

HAE / HOR

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