Institut für Astronomie & Astrophysik

XMM-Newton

Bild 1: künstlerische Darstellung von XMM-Newton. [Abb. ESA:XMM-Newton]

XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror Mission) war zum Zeitpunkt des Starts der größte wissenschaftliche Satellit der European Space Agency (ESA). XMM-Newton ist die zweite von vier zentralen Missionen der ESA aus dem Horizon 2000 Programm. Die Spiegel des Teleskops gehören zu den leistungsstärksten Spiegeln, die je auf der Welt entwickelt wurden. Hinzu kommen sehr empfindliche Kameras, mit denen XMM-Newton viel besser als bisherige Röntgen-Satelliten beobachten kann. Bis 2002 war XMM-Newton der schwerste Satellit, der je von Europäern gebaut und ins Weltall geschickt wurde. Inzwischen wurde der Rekord vom ESA-Satelliten INTEGRAL eingestellt. INTEGRAL startete 2002 um XMM-Newton um Aufnahmen im γ-Strahlen Bereich zu ergänzen.

XMM-Newton befindet sich immer noch in seiner Umlaufbahn und wird dort bis voraussichtlich mindestens Ende 2018 bleiben.

Start: 10. Dezember 1999 (10-jähriges Jubiläum 2009).

Energiebereich:

  • European Photon Imaging Camera (EPIC): 0.15 - 15 keV
  • Reflection Grating Spectrometer (RGS): 0.35 - 1.5 keV
  • Optical Monitor (OM): 180 - 600 nm

Wissenschaftliches Ziel: Abbildung von kosmischen Röntgenquellen mit hoher Empfindlichkeit und hoher spektraler Auflösung.

Teleskope

Folgende Teleskope sind auf XMM-Newton:

  1. 3 Wolter Typ-1 Röntgen-Teleskope mit verschiedenen Detektoren in ihrem jeweiligen Fokus.
  2. 30-cm optisches/UV Teleskop mit einem CCD Detektor in der Fokalebene, der durch eine Mikrokanal-Platte vorverstärkt wird → Gleichzeitiger Zugang zu Röntgenstrahlung und optischer/UV-Strahlung.

Wissenschaftliche Instrumente

  1. European Photon Imaging Camera (EPIC): Drei CCD Kameras zur Röntgen-Bildgebung, Spektroskopie und Röntgen-Photometrie. Zwei der Kameras sind MOS Kameras und die andere eine pn-Kamera.
  2. Reflection Grating Spectrometer (RGS): zwei Spektrometer fuer hochauflösende Röntgen-Spektroskopie und Spektro-Photometrie.
  3. Optical Monitor (OM): für optical/UV Abbildungen und "grism"-Spektroskopie.

Am Tübinger Institut wurde für diese Kamera die Ansteuer- und Ausleseelektronik entwickelt und die Flugeinheiten gebaut. Da man wegen der hohen Stahlenbelastung im Orbit nur langsame Prozessoren einsetzen kann, mußte ein eigener elektronischer Baustein, ein sog. ASIC, entwickelt werden, um die geforderte Rechenleistung bewältigen zu können. Das CCD Array wird alle 70 Millisekunden vollständig ausgelesen, so dass mehr als 2 Millionen Bildelemente pro Sekunde verarbeitet werden müssen.

Bild 2: deutsche pn-CCD Kamera, entwickelt am MPE und IAAT fuer die EPIC (Abb.: MPE:Bildergalerie)
Bild 3: ASIC Chip entwickeln am IAAT zusammen mit der Industrie. [Abb. IAAT]

Kenndaten von XMM-Newton

XMM-Newton hat folgende Kenndaten:

  • Gleichzeitige Bedienung aller Wissenschaftlicher Instrumente
  • Hohe Empfindlichkeit
  • Gute Winkelauflösung
  • Hohe Spektrale Auflösung
  • Gleichzeitige optische/UV Beobachtungen
  • Lange, kontinuierliche Sichtbarkeit des Target

Weitere Daten sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1: Wichtige Kenndaten von XMM-Newton.
Instrument EPIC MOS EPIC pn RGS OM
Bandpass 0.15-12 keV 0.15-15 keV 0.35-2.5 keV 180-600 nm
Target Sichtbarkeit 5-135 ks 5-135 ks 5-135 ks 5-145 ks
Empfindlichkeit ~10e-14 ~10e-14 ~8*10e-5 20.7 mag
Gesichtsfeld 30' 30' ~5' 17'
PSF (FWHM/HEW) 5"/14" 6"/15" N/A 1.4"-2.0"
Pixel Größe 40 μm (1.1") 150 μm (4.1") 81 μm (9*10e-3 Å) 0.476513"
Zeitliche Auflösung 1.75 ms 0.03 ms 0.6 s 0.5 s
Spektrale Auflösung ~70 eV ~80 eV 0.04/0.025 Å

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XMM First Light

Am 19. Januar 2000 beobachted XMM-Newton zum ersten Mal den Röntgenhimmel. Die Beobachtung wurde mit Hilfe der pn-CCD Kamera gemacht, die am Max Planck Institut für extraterrestische Physik (MPE) in Zusammenarbeit mit unserer Arbeitsgruppe entwickelt wurde.

Die Umlaufbahn

XMM-Newton benötigt 48 Stunden, um die Erde zu umrunden. Am Perigäum (Erdnähester Punkt), fliegt der Satellit 21.500 km über der Erde bei einer Geschwindigkeit von 24.000 km/h. Die Umlaufbahn ist stark exzentrisch, so dass die Instrumente außerhalb der Strahlungsgürtel der Erde arbeiten können.

Bild 4: Ausschnitt aus der großen Magellanschen Wolke (Energiebereich: rot=weiche Röntgenstrahlung, blau=harte Röntgenstrahlung). [Abb. Konrad Dennerl, MPE: Bildergalerie]
Bild 5: XMM-Orbit. [Abb. Heavens-above]

Datenanalyse in Tübingen

Diplomarbeiten:

  • Analysis of the influence of optical light to the CTE of the XMM-Newton pn-CCD detectors
  • Simulation of AGN-Evolution and observation of them with XMM
  • Analysis of calibration methods for the timing mode of the X-ray-pn-CCDs on XMM-Newton

Doktorarbeiten:

  • X-ray observations of black hole and neutron star binary systems
  • Monte-Carlo Background studies for space-based detectors in X-ray astronomy
  • X-ray properties of NGC 300 point sources detected with XMM-Newton and their optical counterparts
  • Analyses of Quasar 3C273 using XMM-Newton and RXTE
  • The Maranofield with XMM-Newton
  • Observation of compact objects with XMM and RXTE : The abnormal Pulsar 1E 1048.1 5937 and the Polar RX J1940.1 1025
  • In-orbit calibration of the EPIC-pn-camera on XMM-Newton in high time resolution modes and pulse-phase spectroscopy of the Crab Pulsar

Poster: (Hinweis: zum Vergrößern auf die Poser klicken)

XMM-Newton. [Poster: T. Schanz]
Science with XMM Newton. [Poster: T. Schanz]

10-Jähriges Jubiläum

Bild 6: Start mit Ariane-5.

Da XMM-Newton im Dezenber 1999 den Weg in seine Umlaufbahn angetreten hat, wurde Ende 2009 sein 10-jähriges Jubiläum gebührend gefeiert.

10 Jahre lang hat XMM-Newton gleichzeitig Röntgenstrahlung, sichtbares und UV-Licht aufgefangen und immer wieder seine Rolle als einer der wichtigsten astronomischen Satelliten dieser Zeit bewiesen. XMM-Newton wird mit der Beobachtung des sich ständig verändernden Röntgenhimmels fortfahren und noch viele weitere interessante Entdeckungen zum Verständnis des Universums machen.

IAAT Beteiligung

Das Institut für Astronomie und Astrophysik in Tübingen (IAAT) ist folgendermaßen an XMM-Newton beteiligt:

  • Entwicklung und Bau der Elektronik zum Auslesen der pn-CCD Kamera.
  • Entwicklung eines speziellen Elektronikbausteins (ASIC) zur Anbord-Datenreduktion in Zusammenarbeit mit der Industrie (TEMIC und DD&T, Reutlingen).
  • Entwicklung der Bordsoftware für den Ereignisprozessor.
  • Testmessungen an pn-CCDs in Vakuummessständen des Institutes.
  • Eichung der pn-CCD Kamera am Boden (Panter Testanlage des MPE, BESSY und Synchrotron in Orsay).
  • Eichung der pn-CCD Kamera im Orbit.
  • Vorbereitung und Auswertung von wissenschaftlichen Beobachtungen, speziell Röntgendoppelsterne (NS, BH) und Aktive Galaxien.

Nationale und Internationale Zusammenarbeit

Die EPIC Kameras wurden von einem Konsortium aus 13 europäischen Instituten (GB, F, I, D) gebaut. Tübingen arbeitet eng zusammen mit:

  • Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching
  • European Space Technology Center (ESTEC) in Noordwijk, NL
  • European Satellite Operation Center (ESOC) in Darmstadt
  • European Space Astronomy Center (ESAC) near Madrid, E

Links & Quellen

Letztes Update 08/2018: Inga Saathoff, Chris Tenzer