XMM-Newton

XMM-Newton-Modell beim ESOC, Darmstadt

XMM-Newton (engl: X-ray Multi-Mirror, das heißt Röntgen-Mehrfachspiegel) ist ein Weltraumobservatorium der Europäischen Weltraumorganisation ESA für Beobachtungen im Röntgen-Bereich. Es startete am 10. Dezember 1999 an Bord einer Ariane-5G-Trägerrakete vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana und bleibt gemäß Planung noch bis Ende 2018^[veraltet]

Vorlage:Zukunft/Schon wegVorlage:Zukunft/Ohne Kategorie in Betrieb.^[2]

Die Hauptaufgabe von XMM-Newton ist die Erforschung der energiereichsten Prozesse im Universum. Dazu gehören zum Beispiel Materieeinfall auf schwarze Löcher und „Geburten“ und „Tode“ von Sternen (siehe Supernova).

Betrieb

Die Ariane-Rakete brachte den 3,8 Tonnen schweren Satelliten in eine exzentrische Umlaufbahn um die Erde mit einer Äquatorneigung von 38,7° und einer Höhe von 850–114.000 km. Weitere Korrekturen mit dem Bordtriebwerk hoben den erdnächsten Punkt auf 7.000 km an. Eine solche Bahn mit etwa 48 Stunden Umlaufzeit ermöglicht lange ununterbrochene Beobachtungen veränderlicher Objekte und verläuft im größten Teil der Bahnperiode außerhalb der störenden Strahlungsgürtel der Erde.

XMM-Newton wird ständig vom Europäischen Raumflugkontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt überwacht. Dabei werden mehrere Radioantennen nahe Perth (Australien), Kourou und Santiago de Chile (Chile) genutzt. Die gesammelten Daten des Observatoriums werden vom XMM-Newton Science Operations Centre in Villafranca del Castillo (Spanien) aufbereitet und verwaltet.

Die höchst erfolgreiche wissenschaftliche Mission wurde in den Jahren 2005^[3], 2007^[4], 2009^[5], 2010^[6] und 2014^[7] verlängert. Die letzte Entscheidung im November 2016 verlegte das Missionsende auf den 31. Dezember 2018.^[2]

Teleskop und Experimente

Schema eines Wolter-Teleskops
1 Parabolische Spiegel
2 Hyperbolische Spiegel
3 Röntgenstrahlengang
4 Brennpunkt

Schematischer Vergleich der Weltraumteleskope Spitzer, Hubble und XMM-Newton

Das Teleskop wurde von einem europäischen Firmenkonsortium unter der Führung der deutschen DASA gebaut. XMM-Newton war der bis dahin massereichste Satellit, der jemals von Europa gebaut und gestartet wurde. Mittlerweile wurde dieser Rekord aber unter anderem vom ESA-Satellit Integral übertroffen, der 2002 startete und die Beobachtungen von XMM-Newton im Gammastrahlen-Bereich ergänzt.

XMM-Newton hat drei parallel ausgerichtete Röntgenteleskope vom Wolter-Teleskop-Typ 1, die gleichzeitig dasselbe Gebiet beobachten. Um die effektive Sammelfläche zu erhöhen, besteht jedes dieser Teleskope aus 58 ineinander verschachtelten dünnen aber hochgenauen Spiegelschalen. Die Brennweite ist 7,5 m und der Durchmesser der größten Spiegelschalen 70 cm. Im Vergleich zum gleichzeitig betriebenen Röntgenobservatorium Chandra der NASA hat XMM-Newton eine wesentlich größere effektive Sammelfläche besonders für harte Röntgenstrahlung um 7 keV, aber eine schlechtere Abbildungsqualität von etwa 5 Bogensekunden Halbwertsbreite für eine Punktquelle.

XMM-Newton hat drei Arten von Instrumenten:

• Die drei europäischen Photon Imaging Cameras (EPIC) wurden unter britischer Leitung in Italien, Frankreich, Deutschland und Großbritannien gebaut. Hinter jedem der drei Teleskope befindet sich eine EPIC-Kamera. Eine der Kameras nutzt einen neuen Typus von pn-CCD, der vom Halbleiterlabor^[8] des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik^[9] gemeinsam mit der Firma KETEK GmbH^[10] entwickelt wurde. Die EPIC-Kameras liefern Röntgenaufnahmen im Bereich 0,1–15 keV und erlauben Variabilitätsstudien mit hoher Zeitauflösung, da die Ankunftszeit jedes Photons registriert wird. Ihre Energieauflösung beruht allein auf den CCDs und ist mit etwa 1/20 bis 1/50 der Photonenenergie relativ gering, aber ausreichend für viele Zwecke.
• Die beiden Reflection Grating Spectrometers (RGS) wurden unter niederländischer und US-amerikanischer Beteiligung gebaut. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Gitterspektrometers erlauben sie Untersuchungen heller Quellen mit wesentlich besserer Energieauflösung (1/200 bis 1/800 der Photonenenergie) im Energiebereich 0,35–2,5 keV.
• Der Optical Monitor ist ein Teleskop mit 30 cm Spiegeldurchmesser, das parallel zu den drei Röntgenteleskopen montiert ist. Er gibt der Mission die Möglichkeit, ihre Ziele gleichzeitig mit den Röntgenbeobachtungen auch im sichtbaren und Ultraviolettlicht untersuchen zu können. Er wurde in Großbritannien entwickelt.

Ergebnisse

Das vielseitige XMM-Newton-Observatorium hat in den ersten 6 Jahren seiner Lebensdauer neue Resultate für verschiedene Gebiete der Astrophysik erbracht. Dazu gehören

• Detaillierte Röntgenspektroskopie der Korona anderer Sterne als der Sonne.
• Untersuchungen heißen Gases in Galaxienhaufen, die zeigen, dass die zuvor vermuteten Cooling Flows, in denen sich das heiße Gas rasch abkühlt, so nicht existieren.
• Die empfindlichste Himmelsaufnahme im harten Röntgenlicht, mit der sich die Entwicklung aktiver galaktischer Kerne im frühen Universum untersuchen lässt.
• Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeiten Schwarzer Löcher.^[11]

Weblinks

Commons: XMM-Newton – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• ESA: XMM-Newton (englisch)
• XMM-Newton Science Operations Centre (englisch)
• Raumzeit Podcast 51

Einzelnachweise