Die X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM) ist am 7. September 2023 startbereit, um die energiereichsten Objekte und Ereignisse im Kosmos zu beobachten. Dabei wird es die Entwicklung des Universums und die Struktur der Raumzeit enthüllen.
XRISM ist eine Zusammenarbeit zwischen der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und der NASA mit maßgeblicher Beteiligung der ESA. Der Start wird live auf Japanisch und Englisch auf dem YouTube-Kanal von JAXA übertragen.
Als Gegenleistung für die Bereitstellung von Hardware und wissenschaftlicher Beratung erhält die ESA 8 % der verfügbaren Beobachtungszeit von XRISM. Dies wird es europäischen Wissenschaftlern ermöglichen, Himmelsquellen zur Beobachtung im Röntgenlicht vorzuschlagen und Durchbrüche in diesem Bereich der Astronomie zu erzielen.
„Röntgenastronomie ermöglicht es uns, die energiereichsten Phänomene im Universum zu untersuchen. Sie ist der Schlüssel zur Beantwortung wichtiger Fragen der modernen Astrophysik: Wie sich die größten Strukturen im Universum entwickeln, wie die Materie, aus der wir letztendlich bestehen, durch das Universum verteilt wurde.“ Kosmos und wie Galaxien durch massive Schwarze Löcher in ihren Zentren geformt werden“, sagt Matteo Guainazzi, ESA-Projektwissenschaftler für XRISM.
„XRISM wird eine wertvolle Brücke zwischen den anderen Röntgenmissionen der ESA sein: XMM-Newton, das nach 24 Jahren im Weltraum immer noch erfolgreich ist, und Athena, das Ende der 2030er Jahre starten soll.“
Enthüllung des heißen und energiegeladenen Universums
Wenn wir in den Himmel schauen, sehen wir Sterne und Galaxien, aber diese sagen uns relativ wenig über die Funktionsweise des Universums. Das für unsere Augen unsichtbare Röntgengas, das in und zwischen ihnen liegt, kann noch viel mehr verraten.
Röntgenstrahlen werden bei den energiereichsten Explosionen und an den heißesten Orten im Universum freigesetzt. Dazu gehört das superheiße Gas, das die größten Bausteine des Universums umhüllt: Galaxienhaufen. JAXA hat XRISM entwickelt, um das Röntgenlicht dieses Gases zu erkennen und Astronomen dabei zu helfen, die Gesamtmasse dieser Systeme zu messen. Dadurch werden Informationen über die Entstehung und Entwicklung des Universums enthüllt.
Die Beobachtungen von Galaxienhaufen durch XRISM werden auch Aufschluss darüber geben, wie das Universum die chemischen Elemente produziert und verteilt. Das heiße Gas innerhalb von Sternhaufen ist ein Überbleibsel der Geburt und des Todes von Sternen im Laufe der Geschichte des Universums. Durch die Untersuchung der vom Gas emittierten Röntgenstrahlen wird XRISM herausfinden, welche „Metalle“ (Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind) es enthält, und kartieren, wie das Universum mit ihnen angereichert wurde.
In der Zwischenzeit wird XRISM einzelne Röntgenstrahlen emittierende Objekte genauer untersuchen, um sich in die grundlegende Physik vorzuwagen. Die Mission wird das Röntgenlicht von unglaublich dichten Objekten messen, wie etwa den aktiven supermassereichen Schwarzen Löchern, die in den Zentren einiger Galaxien liegen; Dies wird uns helfen zu verstehen, wie die Objekte die umgebende Raumzeit verzerren und in welchem Ausmaß sie ihre Wirtsgalaxien durch „Winde“ von Teilchen beeinflussen, die mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen werden.
Europäische Beiträge zu einer globalen Anstrengung
„Die ESA und die europäische Gemeinschaft sind seit langem an den Hochenergie-Weltraumteleskopen von JAXA beteiligt“, erklärt Matteo. „Die Fortsetzung dieser Partnerschaft durch XRISM bringt enorme Vorteile für beide Raumfahrtagenturen.“
Europas Hochenergie-Astronomie-Gemeinschaft ist sehr gut qualifiziert. Die Mitglieder waren an der Festlegung der wissenschaftlichen Ziele von XRISM beteiligt und wurden von JAXA damit beauftragt, viele der kosmischen „Testobjekte“ auszuwählen, die die Mission beobachten wird, um ihre Leistung zu überprüfen, bevor das wissenschaftliche Beobachtungsprogramm beginnt.
Zusätzlich zu diesem wissenschaftlichen Beitrag hat sich JAXA darauf verlassen, dass Europa mehrere Hardwareteile liefert, die für den Erfolg der Mission von entscheidender Bedeutung sein werden. Die ESA hat ein weltraumerprobtes optisches Teleskop bereitgestellt, um sicherzustellen, dass XRISM immer weiß, wohin es zeigt, sowie zwei separate Geräte, die gemeinsam das Erdmagnetfeld erfassen und das Raumschiff entsprechend ausrichten.
Europa hat auch zum neuartigen Resolve-Instrument von XRISM beigetragen, das die Energie einfallender Röntgenphotonen messen wird. Dies wird es Astronomen ermöglichen, die Temperatur und Bewegung von heißem, Röntgenstrahlen aussendendem Gas mit beispielloser Genauigkeit zu bestimmen. Resolve ist ein wissenschaftlicher und technologischer Wegbereiter für die zukünftige Athena-Mission der ESA, die ein sehr ähnliches Instrument fliegen wird.
Es ist von entscheidender Bedeutung, den Detektor von Resolve kühl zu halten – nur einen Bruchteil eines Grads über dem absoluten Nullpunkt. Die europäische Industrie stellte die „Loop-Heatpipes“ zur Verfügung, die diese wichtige Aufgabe übernehmen werden. SRON in den Niederlanden lieferte das Sechsfilterrad des Instruments; Jeder Filter kann über dem Instrument platziert werden, um einem anderen Zweck zu dienen. Die Universität Genf in der Schweiz hat die Elektronik für das Filterrad entwickelt.