Grünes Licht für Athena!

  • 27. June 2014

Science Program Committee der ESA wählt das Röntgen-Weltraumteleskop als nächste große Mission für 2028 aus.

Das Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics wurde speziell entwickelt, um das Thema des "Heißen und Energetischen Universums" zu erforschen. Dieser Themenbereich wurde bereits letztes Jahr von der ESA als eines der dringendsten wissenschaftlichen Schwerpunkte für eine zukünftige große Weltraummission ausgewählt und beinhaltet zwei fundamentale astrophysikalische Fragen: Wie bildeten sich die großräumigen Strukturen, die wir heute sehen, aus gewöhnlicher Materie? Und wie sind Schwarze Löcher gewachsen und wie prägten sie das Universum?

Athena beantwortet diese Fragen durch die Kombination von ortsaufgelöster Röntgenspektroskopie mit tiefen, großflächigen und energieaufgelösten Röntgenaufnahmen, deren Performance weit über das hinausgeht, was vorhandene Röntgen-Observatorien leisten können. Für die Entwicklung einer Mission, die diese Fragen beantworten kann, musste ein internationales Astrophysikerteam, zu dem auch Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und den Universitäten in Bonn, Erlangen-Nürnberg und Tübingen gehörten, zuerst spezifische Beobachtungstests formulieren.

Dieser Siliziumdetektor der nächsten Generation mit aktiven Pixelsensoren wurde bereits in Vorbereitung auf die Athena-Mission entwickelt. (Bild: MPE)

Abb.: Dieser Siliziumdetektor der nächsten Generation mit aktiven Pixelsensoren wurde bereits in Vorbereitung auf die Athena-Mission entwickelt. (Bild: MPE)

Supermassereiche Schwarze Löcher müssen auch in durch kosmischen Staub verdeckten Umgebungen und in der Frühphase des Universums sichtbar gemacht werden; die Zu-und Abflüsse von Materie und Energie müssen verfolgt werden, während die Schwarzen Löcher wachsen. Um mehr über das Wachstum der kosmischen Strukturen zu erfahren, brauchen die Wissenschaftler eine Kartierung des heißen Gases im Universum - speziell des Gases in Galaxienhaufen und -gruppen und des intergalaktischen Mediums – samt einer Bestimmung seiner physikalischen Eigenschaften und deren Entwicklung mit der Zeit.

„Athena wird unsere Sicht auf Schwarze Löcher und kosmische Strukturen, die mit Millionen Grad heißem Gas gefüllt sind, revolutionieren. Wir benötigen das, um ein ganzheitliches Bild des beobachtbaren Universums zu bekommen“, sagte MPE-Direktor Paul Nandra, Sprecher für das Thema des heißen und energiereichen Universums und leitender Wissenschaftler für den Vorschlag der Athena-Mission.

Eine detaillierte Analyse der wissenschaftlichen Fragen, die dem Thema des heißen und energiereichen Universums zugrunde liegen, lieferte dem Team die wichtigsten Leistungsparameter für die Mission. Athena braucht ein Röntgenteleskop mit einer beispiellos großen Sammelfläche (zwei Quadratmeter bei einem Kiloelektronvolt), einer ausgezeichneten Winkelauflösung (fünf Bogensekunden) und einem weiten Sichtfeld. Das Teleskop konzentriert die Röntgenphotonen auf eines von zwei Instrumenten, die mit Hilfe einer beweglichen Instrumentenplattform in den Telskopfokus bewegt werden können.

Das erste Instrument, die X-ray Integral Field Unit, bietet ortsaufgelöste hochauflösende Spektroskopie. Das zweite Instrument ist der Wide Field Imager, ein Detektor auf Siliziumbasis mit DEPFET Active Pixel Sensor-Technologie, die am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik entwickelt wird. Die Kamera liefert sowohl eine große Himmelsabdeckung als auch eine hohe Zeitauflösung von etwa 10μs, sowie hohe Zählraten. "Die Synthese dieser Eigenschaften macht das WFI zu einem extrem leistungsfähigen Instrument, mit dem wir tiefe Aufnahmen für schwache Quellen hundert Mal effizienter durchführen können als das bisher möglich war. Gleichzeitig werden wir in der Lage sein, die hellsten Röntgenquellen am Himmel zu untersuchen", führt der WFI-Projektwissenschaftler Arne Rau aus.

Vom Lagrange-Punkt L2 aus soll Athena mit einer Sammelfläche von zwei Quadratmetern Röntgenphotonen mit fünf Bogensekunden Auflösung detektieren

Abb.: Vom Lagrange-Punkt L2 aus soll Athena mit einer Sammelfläche von zwei Quadratmetern Röntgenphotonen mit fünf Bogensekunden Auflösung detektieren. (Bild: MPE / Scorch London)

Athena wird als Observatorium betrieben, auf das alle Nutzer im Rahmen eines offenen „Call for Proposals“ zugreifen können. Damit lässt es sich für eine breite Palette von wissenschaftlichen Fragen quer über die gesamte Astrophysik einsetzen. Daneben stellt Athena eine essentielle Ergänzung zu den anderen großen Observatorien dar, die in diesem Zeitrahmen in anderen Wellenbereichen Daten sammeln.

„Es war eine erstaunliche Reise, das Projekt so weit zu bringen“, fügt Nandra hinzu. „Hunderte von Wissenschaftlern brachten ihre Arbeit und Inspiration ein, um überzeugende Argumente für Athena zu liefern. Heute beginnt ihr Traum, unsere Sicht auf das beobachtbare Universum transformieren zu können, wahr zu werden. Alles was jetzt noch zu tun bleibt, ist die Mission tatsächlich zu bauen.“

MPE / OD

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