eXTP

eXTP (enhanced X-ray Timing and Polarimetry mission) ist eine geplante Mission, die in einer Zusammenarbeit zwischen China und Europa entwickelt wird. Ihr Ziel ist die Untersuchung der Eigenschaften von Materie unter extremen Bedingungen (sehr hohe Dichten, starke Gravitations- und Magnetfelder). Außerdem wird sie eine der weltweit ersten Missionen sein, die die Polarisierung von Röntgenquellen untersucht und sie im Bereich von 0.5-30 keV räumlich, zeitlich und spektral auflösen kann. Dieses Projekt geht aus XTP hervor, eine Mission, die von der Chinese Academy of Sciences bis 2011 gefördert wurde. Der Start von eXTP ist für vor 2025 geplant.

Instrumente

Die eXTP-Mission wird vier Instrumente tragen:

Das Spectroscopic Focussing Array (SFA): Ein System aus 11 Röntgenspiegelteleskopen die im Bereich von 0.5-10 keV empfindlich sind. Jedes Teleskop ist auf einen eigenen Siliziumdriftdetektor fokussiert und hat ein 12 arcmin großes Gesichtsfeld (zum Vergleich: der Mond hat einen Durchmesser von ca. 30 arcmin). Insgesamt besitzt das Instrument dadurch eine große Sammelfläche und eine hohe spektrale Auflösung < 180 eV.
Der Large Area Detector (LAD): Ein System aus 640 Siliziumdriftdetektoren mit einem Mikroporenkollimator direkt darüber, das eine Gesamtnutzfläche von ~3.4 m² im Bereich von 6-10 keV erreichen wird. Dieses nicht-abbildende Instrument beobachtet im Bereich von 2-30 keV.
Das Polarimetry Focusing Array (PFA): Ein Instrument, das aus mehreren Röntgenteleskopen besteht, die mit abbildenden Gas-Pixel-Polarimetern versehen sind und ein Gesichtsfeld von 12 arcmin besitzen. Es erreicht eine effektive Fläche von 250 cm² bei 2 keV und ist im Energiebereich 2-10 keV aktiv.
Der Wide Field Monitor (WFM): Ein System aus mehreren Kameras mit kodierten Masken und Siliziumdriftdetektoren. Es hat ein Gesichtsfeld von 3.7 sr und ist im Energiebereich von 2-50 keV aktiv.

Röntgenpolarimetrie

Die Polarisation einer elektromagnetischen Welle beschreibt die Richtung der Oszillation des elektrischen Feldes. Astronomische Quellen sind überwiegend unpolarisiert, das heißt, die Lage der Schwingungsebene der elektromagnetischen Wellen ist statistisch verteilt und besitzt keine Vorzugsrichtung.

Im Hochenergiebereich der Physik gibt es aber einige Prozesse, die zur Erzeugung polarisierter Strahlung (d.h. ein gewisser Teil der ausgesandten Strahlung weist eine Polarisation auf) führen. Dazu gehören zum Beispiel nicht-thermische Emissionsprozesse wie Synchrotronstrahlung, asymmetrische Streu-/Reflektionsgeometrien und Effekte aus der Quanten-Elektrodynamik, die vor allem in Objekten mit starken Magnetfeldern auftreten. Mit den beiden durch eXTP zugänglichen Meßgrößen Polarisierungsrichtung und Polarisierungswinkel können dann präzise Aussagen zu bisher nur schwer zugänglichen Eigenschaften der Quellen gemacht werden.

Eine "senkrecht" polarisierte Welle mit Wellenlänge λ, elektrischem Feld E (rot) und magnetischem Feld B (blau), die in z-Richtung propagiert. [Abb. P. Wormer [CC BY-SA 3.0 oder GFDL], via WikimediCommons)]

In der Astronomie, im optischen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, ist Polarisierung schon seit Jahren erforscht, doch im Röntgenbereich konnte bis jetzt die Polarisirung einer einzigen Quelle quantifiziert werden: beim Krebsnebel. Das bekannte kosmische Objekt ist der Überrest der Explosion eines Sterns in einer Supernova, die im Jahre 105 von Chinesischen Astronomen beobachtet wurde. Im Inneren liegt ein Pulsarwind-Nebel, den man im Röntgenbereich beobachten kann. In den 70er Jahren konnte von unabhängigen Experimenten ein Polarisierungsgrad von 20% bestimmt werden. Für andere Quellen sind bisher nur Obergrenzen bekannt.

eXTP wird voraussichtlich im Jahr 2025 gestartet werden und die Fähigkeit besitzen, den Grad und die Richtung der Polarisation zeitlich, spektral und räumlich auflösen zu können und auch die Empfindlichkeit von Röntgenpolarisierungs-Messungen drastisch verbessern.

40 Jahre nach der ersten Polarisierungsmessung im Röntgenbereich wird damit gerechnet, dass die Anzahl der bekannten polarisierten Röntgenquellen somit von einer auf hunderte von Quellen steigt.

Der Krebs-Nebel ist die einzige Röntgenquelle, deren Röntgenpolarisierung bisher gemessen wurde. Die polarisierte Synchrotronstrahlung des Pulsars im Inneren des Supernovaüberrests ist hier bläulich gefärbt. [Abb. NASA/JPL-Caltech]

IAAT Beteiligung

Die Abteilung für Hochenergieastrophysik des Instituts für Astronomie und Astrophysik in Tübingen (IAAT) ist Teil der international besetzten eXTP Kollaboration. Unser Beitrag konzentriert sich auf die Entwicklung von Elektronik-Komponenten für zwei der Instrumente, den LAD und den WFM. Das IAAT hat zudem eine wichtige Rolle bei der Leitung des Konsortiums und nimmt aktiv an den science working groups für eXTP teil.

Links & Quellen

Letztes Update 08/2018: Eva Laplace, Inga Saathoff, Chris Tenzer