Für das menschliche Auge erscheint der Nachthimmel zwischen den Sternen dunkel, die Leere des Weltraums. Aber Röntgenteleskope erfassen eine völlig andere Sicht. Wie ein fernes Feuerwerk enthüllen unsere Bilder des Röntgenhimmels ein Universum, das vor Aktivität blüht. Sie deuten auf noch unbekannte kosmische Eruptionen hin, die von irgendwo tiefer in unsere Galaxie kommen.
Um bei der Suche nach der Quelle dieser mysteriösen Röntgenstrahlen zu helfen, bringen der Astronom Dan McCammon von der University of Wisconsin, Madison, und sein Team das X-ray Quantum Calorimeter oder XQC-Instrument auf den Markt. XQC wird seine siebte Reise ins All an Bord einer suborbitalen NASA-Rakete unternehmen. Dieses Mal wird XQC einen Röntgenfleck mit einer 50-mal besseren Energieauflösung als je zuvor beobachten, was der Schlüssel zur Aufdeckung seiner Quelle ist. Das Startfenster öffnet sich am 26. Juni 2022 im Arnhem Space Center von Equatorial Launch Australia im Northern Territory, Australien.
Da die Erdatmosphäre Röntgenstrahlen absorbiert, warteten unsere ersten Ansichten kosmischer Röntgenstrahlen auf das Weltraumzeitalter. Im Juni 1962 brachten die Physiker Bruno Rossi und Ricardo Giacconi den ersten Röntgendetektor ins All. Der Flug enthüllte die ersten Quellen von Röntgenstrahlen jenseits unserer Sonne: Scorpius X-1, ein etwa 9.000 Lichtjahre entferntes Doppelsternsystem, sowie ein diffuses Leuchten, das sich über den Himmel ausbreitete. Die Entdeckung begründete das Gebiet der Röntgenastronomie und brachte Giacconi später 2002 einen Teil des Nobelpreises für Physik ein.
Dieses animierte Bild zeigt die zwei alternativen Quellen der Röntgenstrahlen, die die XQC-Mission untersucht. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA
Mit Hilfe anderer NASA-Röntgenmissionen haben Wissenschaftler nun den Röntgenhimmel immer feiner kartiert. Dennoch gibt es mehrere helle Flecken, deren Quellen unbekannt sind. Für den bevorstehenden Flug werden McCammon und sein Team auf einen Fleck Röntgenlicht zielen, der von der nördlichen Hemisphäre aus nur teilweise sichtbar ist.
„Es bedeckt einen großen Teil der Galaxie, aber wir mussten auf der Südhalbkugel sein, um diesen Teil des Himmels zu sehen“, sagte McCammon. „Wir haben lange auf diese Expedition nach Australien gewartet.“
Wissenschaftler glauben, dass der Röntgenfleck von diffusem, heißem Gas stammt, das durch Supernovae, die brillanten Eruptionen sterbender Sterne, erhitzt wird. Die XQC-Mission untersucht zwei mögliche Quellen, die in der folgenden Grafik dargestellt sind.
Eine Möglichkeit ist, dass die Röntgenstrahlen von Gas stammen, das durch „Typ Ia“-Supernovae erhitzt wird, die Todeszuckungen massereicher Sterne, die mehrere zehn bis hundert Millionen Jahre alt sind. Der innere Teil unserer Galaxie hat eine ausreichend hohe Konzentration dieser Art von Supernova, um den Röntgenfleck, den McCammon untersucht, zu erhitzen.
Die andere mögliche Quelle sind „Typ II“-Supernovae. Die Sterne hinter der Typ-II-Supernova sind sogar noch massereicher, brennen heller und heißer und leben nur wenige Millionen Jahre, bevor sie zur Supernova werden. Sie kommen in aktiven Sternentstehungsgebieten vor, wie denen in einem der inneren Spiralarme unserer Galaxie.
Um diese Möglichkeiten zu unterscheiden, analysiert XQC das Röntgenlicht und sucht nach Spuren von Sauerstoff und Eisen. Mehr Sauerstoff deutet auf Supernovae vom Typ II hin, während weniger Sauerstoff auf Supernovae vom Typ Ia hindeutet. Die Physik dahinter ist komplex, hängt aber letztendlich davon ab, wie lange die Sterne vor dem Ausbruch brannten. Die kleineren Sterne hinter Typ-Ia-Supernovae brennen länger und hinterlassen weniger Sauerstoff als Typ-II-Supernovae.
Natürlich wird der Flug wahrscheinlich auch viel mehr Informationen erfassen. „Dies ist eine Erkundung mit einer neuen Fähigkeit – wir wollen sehen, was wir sehen können“, sagte McCammon. „Jedes Mal, wenn wir mit einer neuen Fähigkeit in den Röntgenhimmel blicken, stellt sich heraus, dass es komplizierter ist, als wir dachten.“
Nach dem Flug plant das Team, das Instrument zu bergen. Es wird sich in die Oak Ridge National Labs in Tennessee zurückziehen, wo es bei Laborexperimenten helfen wird.
Dieser Flug wird die letzte Reise von XQC in den Weltraum sein, aber die allererste aus der neuen Raketenpalette des Arnhem Space Center in East Arnhem, Australien. XQC ist Teil einer Kampagne mit drei Raketen, die im Juni und Juli 2022 aus der Reichweite gestartet wird, dem ersten Start der NASA von Australien seit 1995.