Uni-Tübingen

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19.06.2020

Tiefer Blick in den Röntgenhimmel

Das eROSITA-Teleskop liefert Astronomen einen neuen, scharfen Blick auf heiße und energiereiche Prozesse im gesamten Universum – Tübinger Wissenschaftler sind beteiligt

Das energiereiche Universum, gesehen mit dem Röntgenteleskop eROSITA: Im Zentrum die Milchstraße und die Scheibe der Milchstraße in der Horizontalen. Das rote diffuse Glühen außerhalb der galaktischen Ebene zeigt die Emission des heißen Gases in der Umgebung des Sonnensystems (die Lokale Blase).
Das energiereiche Universum, gesehen mit dem Röntgenteleskop eROSITA: Im Zentrum die Milchstraße und die Scheibe der Milchstraße in der Horizontalen. Das rote diffuse Glühen außerhalb der galaktischen Ebene zeigt die Emission des heißen Gases in der Umgebung des Sonnensystems (die Lokale Blase).

Nach 182 Tagen hat das Röntgenteleskop eROSITA an Bord der SRG-Raumsonde seine erste vollständige Durchmusterung des Himmels abgeschlossen. Die neue Karte des heißen, energiereichen Universums enthält mehr als eine Million Objekte – damit verdoppelt sich in etwa die Zahl der bekannten Röntgenquellen, die in der 60-jährigen Geschichte der Röntgenastronomie entdeckt wurden. Bei den meisten Quellen handelt es sich um aktive galaktische Kerne bei kosmologischen Entfernungen, die das Wachstum gigantischer Schwarzer Löcher im Laufe der Zeit markieren. Galaxienhaufen in der neuen Karte werden genutzt, um das Wachstum kosmischer Strukturen zu verfolgen und kosmologische Parameter einzuschränken. Näher an unserer kosmischen Heimat befinden sich Sterne mit einer heißen Corona, Doppelsterne und Supernova-Überreste in unserer Galaxie. Zudem haben die Astronomen nun eine vollständige Karte der heißen Baryonen in der Milchstraße, was nur mit der 360-Grad-Ansicht der eROSITA-Himmelskarte möglich ist. 

Eine Million Röntgenquellen, die die Natur des heißen Universums offenbaren - das ist der beeindruckende Ertrag der ersten vollständigen Himmelsdurchmusterung mit dem eROSITA-Teleskop an Bord der SRG-Raumsonde. Das Tübinger Institut für Astronomie und Astrophysik hat für dieses Projekt sowohl an der Hardware des Satelliten, als auch an der Software zur Analyse der Daten mitgearbeitet. Die feinmechanische Werkstatt des Instituts fertigte über mehrere Jahre hinweg zahlreiche Teile an, die nun alle an Bord ihren Dienst verrichten. Elektroniker waren am Entwurf der Microchips an Bord beteiligt. Tübinger Wissenschaftler sind nun auch in den Arbeitsgruppen vertreten, die an der Kalibration und Analyse der Beobachtungen arbeiten ‒ und schon länger begeistert von den aufgenommenen Bildern und Spektren.

Die erste vollständige Himmelsdurchmusterung von eROSITA ist etwa viermal tiefer als die vorherige Karte des gesamten Röntgenhimmels durch das ROSAT-Teleskop vor 30 Jahren und liefert jetzt nochmal so viele neue Quellen, wie von allen Röntgenteleskopen zusammen bisher entdeckt wurden. Und während die meisten Klassen astronomischer Objekte Röntgenstrahlen aussenden, sieht das heiße und energiereiche Universum ganz anders aus als durch optische oder Radioteleskope. Außerhalb unserer Heimatgalaxie sind die meisten eROSITA-Quellen aktive Kerne von Galaxien in kosmologischen Entfernungen, bei denen supermassereiche Schwarze Löcher Materie akkretieren. Daneben gibt es auch Galaxienhaufen, die als ausgedehnte Röntgenhalos erscheinen und dank des heißen Gases leuchten, das in den riesigen Ansammlungen aus dunkler Materie eingeschlossen ist. 

Das Bild des gesamten Himmels enthüllt aber auch die Struktur des heißen Gases in der Milchstraße selbst bis ins kleinste Detail sowie das zirkumgalaktische Medium, das sie umgibt und dessen Eigenschaften für das Verständnis der Entstehungsgeschichte unserer Galaxis von entscheidender Bedeutung sind. Die eROSITA-Röntgenkarte zeigt noch mehr: Sterne mit starken, magnetisch aktiven heißen Coronae, Röntgendoppelsterne, die Neutronensterne, Schwarze Löcher oder Weiße Zwerge enthalten, und spektakuläre Supernova-Überreste in unserer eigenen und anderen nahen Galaxien wie den beiden Magellanschen Wolken. 

„Das wissenschaftliche Hauptziel der Mission ist es letztlich, die Struktur des Universums auf größten Skalen zu beobachten und die gewonnenen Erkenntnisse zu nutzen, um mehr über die Eigenschaften der ‚dunklen Energie‘ und der ‚dunklen Materie’ zu lernen, also der nicht sichtbaren und nur schwer nachweisbaren Bestandteile des Universums“, erklärt Professor Andrea Santangelo, Leiter der Abteilung für Hochenergieastrophysik an der Universität Tübingen. „Röntgenstrahlung aus dem All ist für diese Beobachtungen besonders gut geeignet, da sie in großem Maß durch das heiße Gas in Galaxienhaufen erzeugt wird, den massereichsten Strukturen, die wir im Universum kennen. Wir werden in den nächsten Jahren tausende dieser Galaxienhaufen bei unterschiedlichen Rotverschiebungen beobachten, das heißt über riesige Distanzen verteilt. Dadurch können wir ihre Wachstumsgeschichte im Laufe der Zeit rekonstruieren. Diese wiederum reagiert sehr empfindlich auf die Eigenschaften dunkler Energie und dunkler Materie. Speziell in Tübingen sind wir auch an Doppelsternsystemen interessiert, die Neutronensterne oder Schwarze Löcher enthalten. Mit eROSITA werden viele neue solcher faszinierenden Systeme in unserer eigenen und in Nachbargalaxien entdeckt. Wir halten dabei auch ständig nach direkten Hinweisen auf Teilchen der Dunklen Materie Ausschau, die für unsere Wissenschaftler und Studenten gerade eine spannende Herausforderung darstellt.“

Das Zusammensetzen des ersten kompletten Himmelsbildes war eine Mammutaufgabe. Bislang hat das Team etwa 165 GB an Daten, die von eROSITAs sieben Kameras gesammelt wurden, empfangen und verarbeitet. Während das Team nun damit beschäftigt ist, diese erste Karte des gesamten Himmels zu analysieren und die Bilder und Kataloge zu nutzen, um unser Verständnis der Kosmologie und der energiereichen astrophysikalischen Prozesse zu vertiefen, setzt das Teleskop seine Durchmusterung des Röntgenhimmels fort. Die zweite Himmelsdurchmusterung wird bis Ende 2020 abgeschlossen sein. 

Weitere Informationen: 

Am 11. Juni 2020 schloss das eROSITA-Teleskop seine erste Durchmusterung des gesamten Röntgenhimmels ab. Das am 13. Juli 2019 an Bord der SRG-Raumsonde gestartete Teleskop umkreist den zweiten Lagrange-Punkt des Erde-Sonne-Systems und befindet sich in einem kontinuierlichen Scan-Modus. Bei dieser ersten Himmelsdurchmusterung wurde jeder Punkt am Himmel für eine durchschnittliche Dauer von 150-200 Sekunden von eROSITA beobachtet. Die Regionen in der Nähe der Ekliptikpole, wo sich die vom Teleskop am Himmel gezogenen Großkreise schneiden, wurden viele Male überstrichen, wobei sich Belichtungen von bis zu einigen Stunden ansammelten. SRG wird den Himmel noch dreieinhalb Jahre lang scannen, wobei eROSITA sieben weitere Himmelsdurchmusterungen durchführen wird.

eROSITA ist das Hauptinstrument an Bord von SRG, einer gemeinsamen russisch-deutschen Wissenschaftsmission, die von der Russischen Weltraumagentur (Roskosmos) im Interesse der Russischen Akademie der Wissenschaften, vertreten durch ihr Weltraumforschungsinstitut (IKI), und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unterstützt wird. Die SRG-Raumsonde wurde von der Lavochkin Association (NPOL) und ihren Unterauftragnehmern gebaut und wird von NPOL mit Unterstützung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) betrieben. 

Die Entwicklung und der Bau des Röntgeninstruments eROSITA wurden unter Federführung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) mit Beiträgen der Dr. Karl Remeis-Sternwarte der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Nürnberg, der Sternwarte der Universität Hamburg, des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) und des Instituts für Astronomie und Astrophysik der Universität Tübingen mit Unterstützung des DLR und der Max-Planck-Gesellschaft durchgeführt. Auch das Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn und die Ludwig-Maximilians-Universität München beteiligten sich an der wissenschaftlichen Vorbereitung von eROSITA. 

Die hier gezeigten eROSITA-Daten wurden mit dem vom deutschen eROSITA-Konsortium entwickelten Softwaresystem eSASS verarbeitet.

Weiteres Bildmaterial auf der Homepage des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik

Pressemitteilung des MPE/Christoph Tenzer

eROSITA Zahlen und Fakten

eROSITA-Teleskop: 

  • Projektbeginn: 1. April 2007 (DLR-Förderung bewilligt)
  • Spiegel-Module: 7 (mit je 54 Spiegelschalen) 
  • Glattheit der Spiegelschalen: ~0,3 nm
  • Kameras: 7 pnCCDs mit jeweils 384 x 384 Pixeln 
  • Sichtfeld: ~ 1 Grad im Durchmesser 
  • Betriebstemperatur: etwa -85°C
  • Energiebereich: 0,2-8 keV
  • Start: 13. Juli 2019 
  • Beginn der Inbetriebnahme der Kameras: 22. August 2019 
  • Betriebsbeginn aller 7 Kameras: 13. Oktober 2019
  • Umlaufbahn: Halo-Umlaufbahn um L2 
  • Raumsonde: Spectrum-Roentgen-Gamma (zusammen mit dem ART-XC-Teleskop) 

 
eRASS-1: Erste vollständige Himmelsdurchmusterung von SRG/eROSITA

  • Beginn: 13. Dezember 2019
  • Abgeschlossen: 11. Juni 2020
  • Tage bis zur vollständigen Karte des gesamten Himmels: 182 
  • Heruntergeladene Daten (nur eROSITA): ~165Gb 
  • Anzahl der erteilten Befehle (nur eROSITA): >15000 
  • Gesammelte Photonen: ~400 Millionen (im Energiebereich 0,12-5 keV) 
  • Durchschnittliche Exposition: 180 Sekunden 
  • Entdeckte Quellen: 1,1 Millionen 
  • Ungefähre Aufschlüsselung der Quellen: 
    • 77% Aktive Galaktische Kerne 
    • 20% Sterne mit starken, magnetisch aktiven heißen Koronen
    • 2 % Galaxienhaufen 
    • andere: helle Röntgendoppelsterne, Supernova-Überreste, ausgedehnte Sternentstehungsgebiete, transiente (z.B. Gamma-Ray Bursts)

Kontakte

Universität Tübingen
Institut für Astronomie und Astrophysik

Dr. Christoph Tenzer
 +49 7071 29-75473
E-Mail: tenzerspam prevention@astro.uni-tuebingen.de

Prof. Dr. Andrea Santangelo
Leiter Gruppe für experimentelle Hochenergie-Astrophysik
+49 7071 29-76128 
E-Mail: santangelospam prevention@astro.uni-tuebingen.de

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