Die Raumsonde Einstein Probe der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) ist im Januar 2024 startbereit. Ausgestattet mit einer neuen Generation von Röntgeninstrumenten mit hoher Empfindlichkeit und einem sehr weiten Blickfeld wird diese Mission den Himmel untersuchen und nach mächtigen Explosionen suchen Röntgenlicht, das von mysteriösen Himmelsobjekten wie Neutronensternen und Schwarzen Löchern stammt.
Einstein Probe ist eine von CAS geleitete Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE), Deutschland.
Als Gegenleistung für ihren Beitrag zur Entwicklung dieser Mission und der Definition ihrer wissenschaftlichen Ziele erhält die ESA Zugang zu 10 % der durch die Beobachtungen der Einstein Probe generierten Daten.
„Dank ihres innovativen Designs kann die Einstein-Sonde große Teile des Himmels auf einen Blick überwachen. Auf diese Weise können wir viele neue Quellen entdecken und gleichzeitig das Verhalten des Röntgenlichts von bekannten Himmelsobjekten untersuchen.“ über lange Zeiträume“, sagt Erik Kuulkers, Projektwissenschaftler der Einstein-Sonde der ESA.
„Der Kosmos ist unser einziges Labor, um die energiereichsten Prozesse zu untersuchen. Missionen wie die Einstein Probe sind unerlässlich, um unser Verständnis dieser Prozesse zu verbessern und mehr über grundlegende Aspekte der Hochenergiephysik zu erfahren.“
Den Röntgenhimmel im Auge behalten
Im Gegensatz zu den Sternen, die nachts unseren Himmel prägen und die Sternbilder zuverlässig markieren, sind die meisten kosmischen Objekte, die im Röntgenlicht leuchten, sehr variabel. Sie werden kontinuierlich heller und schwächer und erscheinen in vielen Fällen kurzzeitig, bevor sie für längere Zeit (dann nennt man sie vorübergehend) oder endgültig verschwinden.
Aufgrund turbulenter kosmischer Ereignisse ist Röntgenlicht aus astronomischen Quellen sehr unvorhersehbar. Dennoch enthält es grundlegende Informationen über einige der rätselhaftesten Objekte und Phänomene in unserem Universum. Röntgenstrahlen werden mit Kollisionen zwischen Neutronensternen, Supernova-Explosionen, Materie, die auf Schwarze Löcher oder hyperdichte Sterne fällt, oder hochenergetischen Teilchen in Verbindung gebracht, die aus Scheiben aus glühendem Material ausgeschleudert werden, die solche exotischen und mysteriösen Objekte umkreisen.
Die Einstein-Sonde 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.
Die Fähigkeit, regelmäßig neue Röntgenquellen zu entdecken, ist von grundlegender Bedeutung für die Weiterentwicklung unseres Verständnisses des Ursprungs von Gravitationswellen. Wenn zwei extrem dichte, massereiche Objekte wie zwei Neutronensterne oder Schwarze Löcher zusammenstoßen, erzeugen sie Wellen im Gefüge der Raumzeit, die sich über kosmische Distanzen ausbreiten und uns erreichen.
Mittlerweile können mehrere Erddetektoren dieses Signal registrieren, die Quelle jedoch oft nicht lokalisieren. Wenn Neutronensterne beteiligt sind, geht ein solcher „kosmischer Absturz“ mit einem enormen Energieausbruch im gesamten Lichtspektrum und insbesondere im Röntgenbereich einher. Indem sie es Wissenschaftlern ermöglicht, diese kurzlebigen Ereignisse umgehend zu untersuchen, wird die Einstein-Sonde uns dabei helfen, den Ursprung vieler der auf der Erde beobachteten Gravitationswellenimpulse zu identifizieren.
Hummeraugen im Weltraum
Um alle seine wissenschaftlichen Ziele zu erreichen, ist die Raumsonde Einstein Probe mit einer neuen Generation von Instrumenten mit hoher Empfindlichkeit und der Fähigkeit ausgestattet, große Bereiche des Himmels zu beobachten: dem Wide-field X-ray Telescope (WXT) und dem Follow-up Röntgenteleskop (FXT).
WXT verfügt über ein optisches Moduldesign, das die Augen eines Hummers nachahmt und die innovative Micro Pore Optics-Technologie nutzt. Dadurch kann das Instrument 3600 Quadratgrad (fast ein Zehntel der Himmelssphäre) auf einmal beobachten. Dank dieser einzigartigen Fähigkeit kann Einstein Probe in drei Umlaufbahnen um die Erde (jeder Umlauf dauert 96 Minuten) fast den gesamten Nachthimmel im Auge behalten.
Neue Röntgenquellen oder andere interessante Ereignisse, die von WXT entdeckt wurden, werden dann mit dem empfindlicheren FXT gezielt untersucht und im Detail untersucht. Entscheidend ist, dass die Raumsonde auch ein Alarmsignal zur Erde senden wird, um andere Teleskope auf der Erde und im Weltraum auszulösen, die bei anderen Wellenlängen (von Radio bis Gammastrahlen) arbeiten. Sie werden schnell auf die neue Quelle verweisen, um wertvolle Multiwellenlängendaten zu sammeln und so eine gründlichere Untersuchung des Ereignisses zu ermöglichen.
Europäischer Beitrag
Die ESA hat eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der wissenschaftlichen Instrumente der Einstein-Sonde gespielt. Es leistete Unterstützung beim Testen und Kalibrieren der Röntgendetektoren und der Optik von WXT. Die ESA hat in Zusammenarbeit mit MPE und Media Lario (Italien) die Spiegelbaugruppe eines der beiden FXT-Teleskope entwickelt.
Die FXT-Spiegelbaugruppe basiert auf dem Design und der Technologie der XMM-Newton-Mission der ESA und des Röntgenteleskops eROSITA. MPE trug zur Spiegelmontage für das andere FXT-Teleskop bei und entwickelte die Detektormodule für beide FXT-Einheiten. Die ESA lieferte auch das System, um unerwünschte Elektronen von den Detektoren abzulenken (den Elektronenablenker).
Während der gesamten Mission werden die Bodenstationen der ESA genutzt, um beim Herunterladen der Daten von der Raumsonde zu helfen.
Die Flotte der Hochenergiemissionen der ESA
Die ESA hat eine lange Geschichte in der Förderung der Hochenergieastronomie. XMM-Newton und Integral erforschen seit über zwei Jahrzehnten das Universum in Röntgen- und Gammastrahlen und haben auf diesem Gebiet große Fortschritte erzielt. Die ESA beteiligt sich auch an der X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM), die von der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) in Zusammenarbeit mit der NASA geleitet wird und im Sommer 2023 startet.
„Die Fähigkeiten der Einstein-Sonde ergänzen in hohem Maße die eingehenden Untersuchungen einzelner kosmischer Quellen, die durch die anderen Missionen ermöglicht wurden“, bemerkt Erik. „Dieser Röntgenvermesser ist auch der ideale Vorläufer der ESA-Mission NewAthena, die derzeit untersucht wird und das größte jemals gebaute Röntgenobservatorium sein soll.“