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Kosmischen Giganten auf der Spur

eROSITA
Zusammen mit seinem Schwesterinstrument ART-XC wird eROSITA das All nach Röntgensignalen durchforsten. (Bild: Roscosmos/DLR/SRG/Lavochkin)

Mit dem Weltraum-Teleskop eROSITA wollen Astronomen und Astrophysiker der FAU Galaxienhaufen untersuchen.

Wenn eROSITA seinen Dienst aufnimmt, hat es eine lange Reise hinter sich. Ganze 1,5 Millionen Kilometer ist das Röntgenteleskop seit seinem Start im Juli 2019 an Bord des Spectrum-Röntgen-Gamma (SRG) durch das All geflogen.

Sein Ziel ist ein Ort, der auf einer verlängerten Linie von Sonne und Erde liegt und an dem Gravitationsgleichgewicht zwischen den beiden Himmelskörpern herrscht. Diesen Punkt wird der SRG-Satellit auf einer Bahn umkreisen, sich aber mit der Erde um die Sonne drehen. Dort beginnt er dann sich langsam um die eigene Achse zu drehen. Eine Umdrehung alle vier Stunden – vier Jahre lang. Dabei nimmt eROSITA in einem halben Jahr einmal den kompletten Sternenhimmel ins Visier. Forscher wollen so Galaxienhaufen untersuchen – die größten zusammenhängenden Objekte im Universum.

Dunkle Energie erklären

Satellit SRG

Der Satellit SRG wird den Lagrange-Punkt 2 umkreisen, der auf einer Linie mit Erde und Sonne liegt. Hier herrscht ein Gravitationsgleichgewicht. (Bild: Roscosmos/DLR/SRG/Lavochkin)

Diese Ansammlungen von jeweils mehreren tausend Galaxien sollen helfen, das Phänomen der dunklen Energie zu erklären, jene rätselhafte Energieform, die der Schwerkraft entgegenwirkt und das Universum immer schneller auseinandertreibt. 100.000 solcher Galaxienhaufen wollen Astronomen untersuchen.

Um das möglich zu machen, arbeitete das Team um FAU-Astronom Prof. Dr. Jörn Wilms vom Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP) und der Dr. Karl-Remeis-Sternwarte Bamberg bei der Entwicklung des Röntgenteleskops mit, wofür sich Forscher aus mehreren deutschen Universitäten unter Führung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zusammengeschlossen haben. Mit eROSITA wollen sie aber nicht nur Galaxienhaufen identifizieren und zählen, sondern auch in die inneren Bereiche dieser kosmischen Objekte blicken. Das dort befindliche Gas ist so heiß, dass es im mittleren Röntgenbereich strahlt und dadurch für eROSITA sichtbar wird.

So lassen sich nahe und weiter entferntere Galaxienhaufen vergleichen. Denn je weiter entfernt der Galaxienhaufen vom Beobachter ist, desto älter ist das Licht, das ankommt – und zeigt einen früheren Zeitpunkt der Entwicklung. Dadurch sind Rückschlüsse auf die Stärke der dunklen Energie möglich und darauf, wie sich diese im Laufe der Entwicklung des Universums verändert hat. Die Astronomen hoffen zudem, mit eROSITA etwa zwei Millionen schwarze Löcher in aktiven Galaxienkernen unter die Lupe nehmen zu können. Die Arbeitsgruppe von FAU-Astronomin Prof. Dr. Manami Sasaki von der Dr. Karl Remeis-Sternwarte hingegen möchte die Überreste von Sternexplosionen in unserer Milchstraße studieren.

Hocheffiziente Software im Einsatz

In Moskau wurde eROSITA in den SRG-Satelliten integriert. Von dort ging es weiter zum Raumhafen Baikonur. (Bild: Roscosmos/DLR/SRG/Lavochkin)

Um eine bisher unerreichte Auflösung bei den Aufnahmen des Sternenhimmels zu erreichen, sind sieben Spiegelmodule notwendig, die schon die geringsten Röntgensignale auffangen. Bei der Entwicklung und dem Betrieb des hochspeziellen Detektors kommt FAU-Know-how zum Einsatz. Wilms und sein Team haben nämlich eine Software für mathematische Modelle entwickelt, mit denen sich die Leistung von solchen Messgeräten im Vorfeld optimieren und während des Betriebs überwachen lässt. „Diese kleine Nische ermöglicht es uns, an solchen Großprojekten mitzuwirken“, sagt Wilms. Denn normalerweise werden Simulationsprogramme extra für die jeweilige Mission entwickelt. Die Software von Wilms ist jedoch so konzipiert, dass sie sich leicht an jede Weltraummission anpassen lässt.

„Das Modell gibt dann den gesamten Messvorgang wieder“, erklärt Wilms. „Ziel ist jedoch, dass das Modell so ausgereift ist, dass die simulierten Messdaten den tatsächlichen Aufnahmen aus dem Gerät gleichen.“ Hierfür füttern die Forscher das Simulationsprogramm mit Daten aus früheren Missionen und astronomischen Ereignissen, von denen sie wissen, dass diese sicher eintreten werden. „Damit sind wir quasi in der Lage vorherzusagen, was das Gerät messen wird“, sagt Wilms. Wenn ein tatsächlicher Messwert von der Simulation abweicht, werden die FAU-Forscher aufmerksam und müssen überprüfen, ob ein Fehler vorliegt oder ob das Teleskop etwas entdeckt hat.

Ein schneller Blick

eROSITA

Die sieben Spiegelmodule des Teleskops fangen schon geringste Röntgensignale auf. (Bild: MPE/P. Friedrich)

Eine weitere Aufgabe, die die FAU übernimmt, ist die Near-Real-Time-Analyse für eROSITA. Das Röntgenteleskop sammelt Daten, die einmal täglich an die Erde gesendet und mit einer an der FAU entwickelten Software dekodiert werden. An der Sternwarte in Bamberg werden diese dann sofort ausgewertet. „Es gibt Objekte am Himmel, die müssen sofort angeschaut werden“, sagt Wilms.

„Die Beobachtungsroutine von eROSITA kann nicht verändert werden, weshalb die meisten Daten auch eher für die Erforschung der Ursprünge des Universums interessant sein werden“, erklärt der Astronom. „Wenn wir aber eine Lichtquelle aufnehmen, die um den Faktor 100 heller ist als erwartet, dann muss das vielleicht schnell beobachtet werden.“ In solch einem Fall versuchen die FAU-Forscher dann mit Hilfe ihrer Software herauszubekommen, um was es sich handelt, indem sie die Quelle mit älteren Bildern vergleichen.

Aber auch wenn die Quelle bekannt ist, lohnt sich ein schneller Blick dorthin. „Vielleicht finden die Kollegen etwas Neues heraus“, sagt Wilms. Das ist dann der Moment, in dem die Wissenschaftler ihre Kollegen auf der ganzen Welt aufmerksam machen und vielleicht wendet das Hubble-Teleskop der NASA seinen Blick auf diese Stelle. Denn eROSITA dreht sich stoisch weiter und kann mit seinen Röntgenaugen erst wieder in einem halben Jahr an die selbe Stelle sehen – doch dann könnte es für eine besondere Beobachtung zu spät sein.


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