Mit Röntgenaugen den Kosmos durchblicken
Röntgenteleskop eROSITA liefert erste beeindruckende Bilder.
Diese Woche stellte das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching die ersten Röntgenbilder des eROSITA-Teleskops der Öffentlichkeit vor. Nach einer verlängerten Inbetriebnahme beobachten seit dem 13. Oktober alle sieben Module des Röntgenteleskops gleichzeitig den Himmel mit ihren maßgeschneiderten CCD-Kameras. Die ersten zusammengesetzten Röntgenbilder zeigen unsere Nachbargalaxie, die Große Magellansche Wolke, und zwei interagierende Galaxienhaufen in einer Entfernung von etwa 800 Millionen Lichtjahren mit bemerkenswerten Details und versprechen die Umsetzung eines ehrgeizigen Wissenschaftsprogramms, das mit dem Weltraumobservatorium geplant ist.
„Die ersten Bilder, die unser Teleskop geliefert hat, zeigen die wahre Schönheit des verborgenen Universums“, freut sich Projektleiter Peter Predehl. „Um unsere wissenschaftlichen Ziele zu erreichen, brauchen wir eine hohe Empfindlichkeit, um auch weit entfernte Galaxienhaufen im Universum zu entdecken und räumlich aufzulösen. Diese ersten Bilder zeigen, dass wir das schaffen – aber wir können noch viel weiter gehen.“ Zusätzlich zum scharfen Röntgenblick jedes des sieben eROSITA-Spiegel ist jedes Teleskop mit einer CCD-Kamera auf dem neuesten Stand der Technik ausgestattet, die eine hervorragende Kombination aus spektraler und zeitlicher Auflösung bieten. „Das Potenzial für neue Entdeckungen ist immens," fügt Predehl an. „Jetzt können wir die Früchte von mehr als zehn Jahren Arbeit ernten.“
Die ersten eROSITA-Bilder wurden aus einer Reihe von Aufnahmen aller sieben Teleskopmodule erstellt, mit einer kombinierten Integrationszeit von etwa einem Tag sowohl für die Große Magellansche Wolke (LMC), unsere Nachbargalaxie, als auch für das System A3391/3395 mit zwei interagierenden Galaxienhaufen in einem Abstand von etwa 800 Millionen Lichtjahren.
In unserer Nachbargalaxie, der LMC, zeigt eROSITA nicht nur die Verteilung des diffusen, heißen Gases, sondern auch viele bemerkenswerte Details, wie die Überreste von Supernova-Explosionen mit und ohne pulsierendem Neutronenstern im Zentrum, unter anderem SN1987A. Die Beobachtungen mit eROSITA bestätigen, dass diese Quelle langsam schwächer wird, während sich die Schockwelle der Sternexplosion, die 1987 beobachtet wurde, immer weiter im interstellaren Medium ausdehnt. Neben vielen anderen heißen Objekten in der Großen Magellanschen Wolke selbst zeigt das eROSITA-Bild auch einige Vordergrundsterne aus unserer eigenen Milchstraße, sowie weit entfernte aktive Galaxienkerne (AGNs), die durch die diffuse Emission des heißen Gases in unserer Nachbargalaxie hindurchscheinen.
„Röntgenstrahlen erlauben uns einen einzigartigen Blick auf das Universum, das im sichtbaren Licht verborgen bleibt“, erklärt Kirpal Nandra, Direktor für Hochenergieastrophysik am MPE. „Betrachtet man einen scheinbar normalen Stern, so sehen wir im Röntgenlicht möglicherweise einen umkreisenden Weißen Zwerg oder Neutronenstern, der gerade dabei ist, seinen Begleiter zu verschlingen. Sichtbares Licht zeigt die Struktur einer Galaxie mit ihren Sternen, die Röntgenstrahlen wiederum werden von supermassereichen schwarzen Löchern dominiert, die in deren Zentren wachsen. Und wo wir mit optischen Teleskopen einen Haufen von Galaxien sehen, zeigen uns Röntgenstrahlen die riesigen Gasreservoire, die den Raum dazwischen ausfüllen und der Struktur der Dunklen Materie des Universums folgen. Mit der jetzt demonstrierten Leistung können wir sicher sein, dass eROSITA zu einem Durchbruch in unserem Verständnis der Entwicklung des energiereichen Universums führen wird.“
Das eROSITA-Bild der beiden interagierenden Galaxienhaufen A3391 und A3395 zeigt die dynamischen Prozesse, die zur Entstehung gigantischer Strukturen im Universum führen. Die beiden Haufen, die in den eROSITA-Bildern als große, elliptische Nebel erscheinen, erstrecken sich über viele Millionen Lichtjahre und enthalten jeweils Tausende von Galaxien. Galaxienhaufen sind eines der wissenschaftlichen Hauptziele für eROSITA; die Astronomen gehen davon aus, dass sie bei ihrer vierjährigen Himmelsdurchmusterung im weichen und harten Röntgenbereich rund 100.000 Galaxienhaufen sowie mehrere Millionen aktive schwarze Löcher in den Zentren der Galaxien finden werden. „Wenn wir die Entwicklung der Galaxienhaufen über kosmische Zeitskalen hinweg verfolgen, können wir die kosmischen Parameter präzise messen und so die Dunkle Materie und Dunkle Energie besser verstehen, die das Universum dominieren“, sagt Astrophysikerin Esra Bulbul, die die Arbeit an Galaxienhaufen und in Bezug auf Kosmologie am MPE leitet.
„Ein Traum ist für uns wahr geworden. Wir wissen jetzt, dass eROSITA sein Versprechen halten wird und eine Karte des gesamten Röntgenhimmels erstellen kann, so tief und detailliert wie nie zuvor“, bestätigt eROSITA-Projektwissenschaftler Andrea Merloni. „Damit schaffen wir ein enorm wertvolles Vermächtnis. Neben so schönen Bildern, wie wir sie heute zeigen, werden die Astronomen auf Jahre hinaus unsere Kataloge nutzen, um Millionen von exotischen Himmelsobjekten wie Schwarzen Löchern, Galaxienhaufen, Neutronensternen, Supernovae und aktiven Sternen zu analysieren.“
Gestartet am 13. Juli 2019 im Rahmen der russisch-deutschen Raumfahrtmission Spektrum-Roentgen-Gamma (SRG), zu der auch das russische ART-XC-Teleskop gehört, absolvierte eROSITA bis 21. Oktober seine 1,5 Millionen Kilometer lange Reise zum zweiten Lagrange-Punkt (L2) des Erd-Sonne-Systems und trat nun – hundert Tage nach dem Start – in die geplante Umlaufbahn um L2 ein. Die Inbetriebnahme des Teleskops wurde am 13. Oktober offiziell abgeschlossen. Doch auch wenn die wissenschaftliche Leistung des Systems hervorragend ist, verlief diese erste Phase nicht ohne Probleme.
„Die Inbetriebnahme dauerte länger als erwartet, nachdem wir einige Anomalien in der elektronischen Steuerung der Kameras festgestellt hatten“, erklärt Peter Predehl. „Aber diese Probleme zu lösen, ist genau der Grund, warum wir eine solche Phase haben. Nach einer sorgfältigen Analyse stellten wir fest, dass die Probleme nicht kritisch sind. Wir arbeiten weiter daran, aber in der Zwischenzeit kann das Programm normal fortgeführt werden.“ Das Teleskop ist nun in die Phase der Kalibrierung und Leistungsüberwachung (CalPV) eingetreten, in der astronomische Beobachtungen durchgeführt werden, um das Instrument besser zu verstehen und sein gesamtes Potenzial zur Erfüllung der wissenschaftlichen Anforderungen zu überprüfen. Am Ende der CalPV-Phase, nach einer abschließenden Prüfung durch das Betriebsteam, beginnen SRG und eROSITA mit ihrer Hauptaufgabe, der vollständigen Himmelsdurchmusterung über vier Jahre hinweg.
MPE / DE
