Ein Astrophysik-Team der Northwestern University strebt nach den Sternen – nun, einem toten Stern, das heißt.
Am 21. August wird das von der NASA finanzierte Team seine „Micro-X“-Rakete von der White Sands Missile Range im Süden von New Mexico starten. Die Rakete wird 15 Minuten im Weltraum verbringen – gerade genug Zeit, um ein schnelles Bild des Supernova-Überrests Cassiopeia A zu machen, eines Sterns im Sternbild Cassiopeia, der etwa 11.000 Lichtjahre von der Erde entfernt explodierte. Dann wird die Rakete mit dem Fallschirm zurück zur Erde springen und in der Wüste landen – etwa 45 Meilen von der Startrampe entfernt – wo das nordwestliche Team seine Nutzlast bergen wird.
Die Micro-X-Rakete, kurz für „hochauflösende Mikrokalorimeter-Röntgenbildgebungsrakete“, wird ein auf Supraleitern basierendes Röntgenbildgebungsspektrometer tragen, das in der Lage ist, die Energie jedes einfallenden Röntgenstrahls von astronomischen Quellen mit beispielloser Genauigkeit zu messen.
„Der Supernova-Überrest ist so heiß, dass das meiste Licht, das er aussendet, nicht im sichtbaren Bereich liegt“, sagte Enectali Figueroa-Feliciano von Northwestern, der das Projekt leitet. „Wir müssen Röntgenbildgebung verwenden, was von der Erde aus nicht möglich ist, weil unsere Atmosphäre Röntgenstrahlen absorbiert. Deshalb müssen wir in den Weltraum gehen. Es ist, als ob Sie in die Luft springen und ein Foto machen, genau wie Ihr Kopf spähte über die Atmosphäre und landete dann wieder unten.“
Kassiopeia A. Kredit: NASA/CXC/A. Hobart
Figueroa-Feliciano ist Professorin für Physik und Astronomie am Weinberg College of Arts and Sciences und Mitglied des Northwestern Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). Er beriet ein Team von sieben Doktoranden, Postdoktoranden und Post-Abitur-Forschern, die das letzte Jahrzehnt damit verbrachten, die Rakete zu bauen und zu testen.
Obwohl Micro-X von New Mexico aus starten wird, baute das Team die Rakete und ihre Nutzlast im Labor von Figueroa-Feliciano auf dem Evanston-Campus. Der schwierigste Teil besteht darin, die supraleitenden Detektoren auf extrem niedrigen Temperaturen zu halten – nur einen winzigen Bruchteil eines Grads über dem absoluten Nullpunkt – selbst wenn sie sich beim Durchbrechen der Atmosphäre erwärmen. Das Team löste dieses Problem mit einer mit flüssigem Helium gefüllten Thermoskanne, die während des Fluges von der Hitze und den Vibrationen auf der Raketenhaut entkoppelt ist.
Bildnachweis: Northwestern University
„Der Bau der Micro-X-Rakete ist ein herausforderndes Unterfangen“, sagte Figueroa-Feliciano. „Sobald es gestartet ist, muss es ein vollständig freihändiger Prozess sein. Es muss eingeschaltet werden, Daten aufzeichnen, Daten speichern und Daten autonom an uns zurücksenden. Es gibt den Studenten die Möglichkeit zu lernen, wie man echte Technologie baut und testet .“
Jetzt baut das Team in New Mexico die Rakete zusammen und bereitet sie für den Flug vor. Man kann die Reise des Teams auf Instagram verfolgen.
Das Team hat die sechs Stockwerke hohe Rakete zuvor in der Wallops Flight Facility der NASA in Virginia getestet und im Sommer 2018 zum ersten Mal gestartet. Während des Erstflugs der Rakete demonstrierten die Forscher, dass ihre Detektoren zusammen mit ihrer supraleitenden Elektronikanzeige funktionierten Platz.
Durch die Untersuchung des 10 Lichtjahre großen Supernova-Überrests hofft Figueroa-Feliciano, mehr über das Leben auf der Erde – und in unserem Körper – zu erfahren.
„Wir sind alle aus Star-Zeug gemacht“, sagte er. „Die Elemente in unseren Körpern werden in den Kernen von Sternen hergestellt. Wenn Sterne explodieren, schießen sie Auswurf in den Weltraum. Cassiopeia A ist so groß, dass die Sonne und die 14 sonnennächsten Sterne alle in den Supernova-Überrest passen würden. Der Auswurf von diesen Ereignissen breitet sich in der Galaxie aus und führt schließlich dazu, dass Planeten wie die Erde entstehen.“
Zu den kooperierenden Institutionen gehören das Goddard Space Flight Center der NASA, das Lawrence Livermore National Laboratory, das National Institute of Standards and Technology und die University of Wisconsin in Madison.