SpaceX startet das IXPE-Teleskop der NASA für Röntgenaufnahmen des Universums

Ein brandneues Weltraumteleskop wird bald eine verborgene Vision des Kosmos enthüllen und möglicherweise unser Verständnis von Schwarzen Löchern, Supernovae und sogar der Natur des Universums selbst verändern.

Nein nein Das hier.

In diesem Monat wird dem James Webb-Weltraumteleskop der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation, das am 22. Dezember starten soll, große Aufmerksamkeit gewidmet. Aber eine exklusivere Gruppe von Astronomen beobachtete am Donnerstag eifrig die Raumfahrt eines kleineren, aber auch transformativen Observatoriums.

Die NASA startete die Mission Imaging X-ray Polarimetry Explorer oder IXPE-Mission auf einer SpaceX Falcon 9-Rakete vom Kennedy Space Center in Florida um 1 Uhr EST. Das Raumschiff kostete nur 188 Millionen Dollar, verglichen mit dem kolossalen Budget von James Webb von 9,7 Milliarden US-Dollar, und soll eine neue Form der Astronomie demonstrieren. Es wird zum ersten Mal eine polarimetrische Röntgenbildgebung im Orbit durchführen, eine Technik, die Astronomen Informationen liefern könnte, die kein anderes Teleskop erreichen kann.

„Das gibt uns Informationen über einige der skurrilsten und aufregendsten Objekte im Weltraum“, sagt Thomas Zurbuchen, stellvertretender Leiter des Direktorats für Wissenschaftsmissionen bei der NASA.

IXPE (vom Missionsteam als „ix-pee“ ausgesprochen) wurde nach dem Start in eine Umlaufbahn 540 Meilen über der Erde gebracht. Das Teleskop wird dort mehrere Wochen verbringen, seine wissenschaftlichen Instrumente einsetzen und seine Ausrüstung testen, bevor es seine zweijährige Mission beginnt.

Röntgenstrahlen sind eine nützliche Methode, um das Universum zu beobachten. Sie werden von extrem energiereichen Objekten emittiert und ermöglichen es Astronomen, nach Ereignissen zu suchen – zum Beispiel überhitzte Jets in der Nähe von Schwarzen Löchern oder Sternexplosionen – auf eine Weise, die andere Wellenlängen, wie beispielsweise sichtbares Licht, nicht können. Röntgenstrahlen können jedoch nur aus dem Weltraum untersucht werden, da sie hauptsächlich von der Erdatmosphäre absorbiert werden.

Eine Vielzahl von Teleskopen und speziellen Röntgen-Weltrauminstrumenten wurden in die Umlaufbahn gebracht, darunter das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und das XMM-Newton-Observatorium der ESA, die beide 1999 gestartet wurden Nebel und kartierte unter anderem die Ausbreitung dunkler Materie in Galaxienhaufen.

Die die Verwendung der Röntgen-polarimetrischen Bildgebung unterscheidet IXPE von seinen Vorgängern. Wenn Sie jemals eine polarisierte Sonnenbrille getragen haben, wissen Sie vielleicht, dass sie dünne Schlitze verwendet, um horizontales Licht zu blockieren, aber wenn Sie sie seitlich drehen, blockieren Sie stattdessen vertikales Licht. Das gleiche Prinzip wird in der Röntgenpolarimetrie verwendet. Die Technik wird es Astronomen ermöglichen, die Richtung der Wellenbewegung von Röntgenteilchen bei ihrer Ankunft zu beobachten und die Ausrichtung der einfallenden elektrischen und magnetischen Felder aufzudecken. Ausgestattet mit diesen Daten können Astronomen mehr Informationen aus den Röntgenstrahlen gewinnen, die von astrophysikalischen Phänomenen emittiert werden.

Anstatt nur die Röntgenstrahlen mit einem einzigen Instrument zu beobachten, besteht die Raumsonde eigentlich aus drei separaten Teleskopen mit jeweils 24 konzentrischen Spiegeln am Ende eines 13 Fuß langen Pfeils, der sich über die erste Teleskopwoche im Weltraum erstrecken wird.

Wenn die Röntgenstrahlen eintreffen, werden sie fokussiert von jedem Teleskop an drei Detektoren am Ende des Auslegers. Die Detektoren enthalten jeweils eine 10-Millimeter-Schicht Helium und ein Gas namens Dimethylether oder DME. Dadurch wird die Polarisation der Röntgenstrahlen sichtbar, die beim Auftreffen Spuren im Gas verfolgen.

„Diese Detektoren werden ein Bild der Polarisation liefern“, sagte Elisabetta Cavazzuti, Programmmanagerin der italienischen Weltraumbehörde, die die Detektoren entworfen hat.

Es habe bereits mehrere Versuche zur Röntgenpolarimetrie im Weltraum gegeben, sagte Martin Weisskopf, leitender Forscher der Mission am Marshall Space Flight Center der NASA. 1971 nahm Dr. Weisskopf an einer erfolgreichen experimentellen Mission teil, die kurze Röntgenpolarisationsbeobachtungen des Krebsnebels in unserer Galaxie mit einer Höhenforschungsrakete durchführte, die gerade auf- und absteigt, aber nicht in die Umlaufbahn geht. Ein späterer Versuch, in den 1990er Jahren ein fortschrittlicheres Polarimeter auf der sowjetischen Raumsonde Spectrum-X zu starten, wurde laut Dr. Weisskopf durch den Zusammenbruch der Sowjetunion unterbrochen.

„Wir haben lange auf eine Polarimetrie-Mission gewartet“, sagte er.

Seine Geduld und die anderer Forscher zahlte sich 2017 aus, als die NASA IXPE ausgewählt als Teil seines Small Explorers-Programms.

In den zwei Jahren nach ihrem Start wird die IXPE-Sonde mehr als 100 kosmische Ziele beobachten, darunter Schwarze Löcher, Supernovae und exotische Sterne.

Eines der Ziele des Teleskops ist es, die Rotation relativ kleiner Schwarzer Löcher zu beobachten, die etwa die 10-fache Masse unserer Sonne haben. Röntgenpolarimetrie wird in der Lage sein, die relativistischen Effekte zu untersuchen, die sehr nahe an diesen Schwarzen Löchern auftreten, wo sich der Polarisationswinkel der entweichenden Röntgenphotonen voraussichtlich ändern wird, während sie sich durch den Weltraum bewegen das schwarze Loch.

„Zum ersten Mal können wir versuchen, diese Verzerrungen zu messen“, sagt Adam Ingram, Professor für Astrophysik an der University of Newcastle in England.

IXPE wird auch Neutronensterne untersuchen, die Kerne, die nach dem Kollaps von Riesensternen übrig bleiben. Wissenschaftler interessieren sich besonders für Pulsare, bei denen es sich um sich schnell drehende Neutronensterne handelt, und um Magnetare, bei denen es sich um stark magnetisierte Sterne handelt.

Durch die Fokussierung auf Magnetare hoffen die Forscher zu sehen, wie narrensicher die Gesetze der Physik sind. IXPE wird in der Lage sein, einen Effekt in der Nähe dieser Sterne namens . zu untersuchen Quantenelektrodynamik, oder QED, bei denen erwartet wird, dass extrem starke Magnetfelder eine hohe Polarisation in den emittierten Röntgenpartikeln verursachen.

„QED ist die Grundlage unseres Verständnisses der Physik“, sagt Ilaria Caiazzo, Forscherin am California Institute of Technology. „Wenn wir herausfinden würden, dass es nicht fair ist, würde es wirklich alles revolutionieren. Ich erwarte, dass wir diesen Effekt bestätigen.

An anderer Stelle könnte IXPE uns mehr über die Momente nach der Explosion eines Sterns, einer Supernova, erzählen. Daten der Raumsonde werden zeigen, wie von einer Supernova ausgestoßenes Material mit dem umgebenden interstellaren Medium interagiert, wenn es mit extremen Geschwindigkeiten in dieses einsinkt und eine Schockfront erzeugt. Elektronen können sich dann von einer Seite der Stoßfront zur anderen bewegen, ein Vorgang, der als diffusive Stoßbeschleunigung bekannt ist.

„Dies ist ein sehr wichtiger Prozess in der Astronomie, aber wir verstehen die Details nicht vollständig“, sagte Dr. Ingram. „Es wird angenommen, dass dies der Grund ist, warum die Supernova-Überreste leuchten.“

Die Hauptmission von IXPE wird voraussichtlich zwei Jahre dauern. Aber wenn die NASA die Mission verlängert, könnte die Raumsonde fast zwei Jahrzehnte halten, sagte Dr. Weisskopf. Mit mehr Zeit könnten Astronomen andere Ziele untersuchen, wie Sagittarius A *, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie. Durch die Suche nach Röntgenreflexionen von Gaswolken in der Nähe des Schwarzen Lochs konnten sie nach Hinweisen auf eine erhöhte Aktivität von Sagittarius A * in den letzten Jahrhunderten suchen.

„Wolken wären nicht so hell, wie sie erscheinen, es sei denn, das Schwarze Loch wäre vor mehreren hundert Jahren heller gewesen“, sagte Dr. Weisskopf. „Sie können berechnen, wie lange es dauert, bis die Röntgenstrahlen die Wolke erreichen und auf uns zurückprallen. Es ist eine sehr schwierige Erfahrung.

Im Vergleich zu Superteleskopen wie dem James Webb kann das IXPE relativ klein sein. Aber es unterstreicht die Breite der Astronomie, die sich derzeit unternimmt, und die neuen Wege, mit denen fortschrittliche Maschinen zur Erforschung unseres Universums eingesetzt werden.

Röntgenpolarimetrie, sobald ein geschlossenes Fenster zum Kosmos geöffnet wird – und damit eine Menge verborgener Geheimnisse gelüftet wird.

„Es ist wirklich eine neue Art, den Himmel zu betrachten“, sagte Dr. Zurbuchen.