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IXO
Riesenspiegel auf dem Prüfstand
Redaktion / Pressemitteilung der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB)
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16. September 2010

2021 soll mit dem International X-Ray Observatory das größte Röntgenteleskop aller Zeiten starten. Die Astronomen erhoffen sich von dem Instrument ganz neue Erkenntnisse über supermassereiche Schwarze Löcher und die Entwicklung des Universums. Bei der PTB in Berlin bereitet man sich darauf vor, die Oberfläche des Teleskopspiegels auf seine Qualität zu prüfen.

IXO

So könnte das geplante Röntgenteleskop IXO einmal aussehen. Bild: NASA

Es soll das größte Röntgenteleskop aller Zeiten werden: Das International X-Ray Observatory (IXO), gemeinsam geplant von NASA, ESA und der japanischen Weltraumagentur JAXA, soll im Jahr 2021 ins All starten und der Welt ganz neue Erkenntnisse über Schwarze Löcher, großräumige Strukturen und die Entwicklung des Universums liefern. Seine Dimensionen sind gewaltig: Allein die Oberfläche des Spiegels, der die kosmische Röntgenstrahlung einfängt, wird 1.300 Quadratmeter groß sein. Er wird aus kommerziellen Siliciumwafern mit millimetergroßen Poren an der Unterseite bestehen. Die Qualität dieser "verborgenen" Oberflächen soll in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) mit einem monochromatischen Röntgen-Nadelstrahl überprüft werden.

Die neue Messeinrichtung steht im Synchrotronstrahlungslabor der PTB bei BESSY II in Berlin-Adlershof. Die Vorarbeiten soll eROSITA erledigen. Das deutsch-russische Experiment unter Federführung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik wird im Jahr 2013 ins All starten (astronews.com berichtete). Mithilfe eines Bündels von sieben Röntgenteleskopen wird eROSITA den gesamten Himmel nach einer bestimmten Art Schwarzer Löcher absuchen: nach supermassereichen Schwarzen Löchern, die in der Frühzeit des Universums entstanden sind. Wissenschaftler erwarten, dass unter anderem mit dieser Mission etwa drei Millionen neue Schwarze Löcher gefunden werden.

Damit wird erstmals ein vollständiger Überblick über die Bildung und Entwicklung supermassereicher Schwarzer Löcher möglich. Deren gründliche Erforschung wird dann IXO übernehmen. Außerdem soll das neue Weltraumteleskop auch neue Erkenntnisse über Neutronensterne und stellare Schwarze Löcher liefern. Dieser zweite Typ Schwarzer Löcher entsteht, wenn besonders massereiche Sterne als Supernova explodieren.

Weil ein solches Unternehmen extrem teuer ist, haben sich 2008 die Weltraumagenturen der USA, Europas und Japans entschlossen, statt dreier Einzellösungen fortan dieses gemeinsame Projekt zu realisieren (astronews.com berichtete). IXO kann die Röntgenstrahlung aus der Umgebung der sehr weit entfernten Schwarzen Löcher auffangen, weil diese Art von Strahlung das häufigste Hindernis auf dem Weg, kosmischen Staub, ungehindert durchdringt. Der Spiegel in dem Teleskop muss dafür aber sehr groß sein – und dennoch leicht genug.

IXO bekommt einen einzigen Spiegel mit einer Sammelfläche von rund drei Quadratmetern, einer Fokallänge von 20 Metern und einer Winkelauflösung von unter 5 Bogensekunden. Wegen des für Röntgenstrahlung erforderlichen streifenden Strahlungseinfalls muss die gesamte Oberfläche des Spiegels etwa 1.300 Quadratmeter  groß sein. Um diese große Fläche stabil und trotzdem leicht zu konstruieren, sollen kommerziell erhältliche, hoch-polierte Siliciumwafer auf der Unterseite mit Rippen versehen werden, um sie zu steifen Blöcken stapeln zu können. Dadurch entstehen Poren mit einem Querschnitt von etwa einem Quadratmillimeter, in denen die Strahlung an der Oberfläche des jeweils unteren Wafers reflektiert wird.

Die Qualität dieser "verborgenen" Oberflächen im Bezug auf Tangentenfehler und Rauhigkeit kann nicht wie üblich von oben untersucht werden, sondern muss in der vorgesehenen Anwendungsgeometrie mit Röntgenreflexion bei streifenden Strahlungseinfallswinkeln von etwa einem Grad bestimmt werden. Um die reflektierende Oberfläche einzelner Poren zu untersuchen, wird ein Röntgen-Nadelstrahl benötigt.

An der kürzlich im Rahmen einer Forschungskooperation mit der ESA erweiterten X-ray pencil beam facility (XPBF) im Synchrotronstrahlungslabor der PTB bei BESSY II steht dafür jetzt ein monochromatischer Nadelstrahl mit einem typischen Durchmesser von 50 Mikrometern und einer Divergenz von unter einer Bogensekunde zur Verfügung. Er soll die Röntgenoptiken für IXO bei drei verschiedenen Photonenenergien, nämlich 1 keV, 2,8 keV und 7,6 keV, charakterisieren. Die Optiken können mit einem Hexapod im Vakuum mit Reproduzierbarkeiten von zwei Mikrometern bzw. unter einer Bogensekunde verschoben bzw. gedreht werden.

Der direkte und der reflektierte Strahl werden mit einem ortsauflösenden CCD-basierten Detektor in einer Entfernung von fünf Metern oder 20 Metern von der Optik registriert. Für den letztgenannten Abstand, der der geplanten Fokallänge von IXO entspricht, wurde eine vertikale Bewegung des CCD-Detektors um mehr als zwei Meter implementiert. Erste Testmessungen in diesem Abstand wurden schon im Mai 2010 durchgeführt, die vollständige Inbetriebnahme der verlängerten XPBF ist für Anfang November 2010 geplant.

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siehe auch
Bonn: Professur zur Erforschung der Dunklen Energie - 1. September 2010
eROSITA: Röntgendetektor auf dem Prüfstand - 23. Februar 2010
Röntgenastronomie: Vereinbarung für eROSITA unterzeichnet - 18. August 2009
IXO: Aus XEUS und Constellation-X wird IXO - 4. August 2008
Röntgenastronomie: eRosita soll nach dunkler Energie fahnden - 2. April 2007
Links im WWW
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
International X-ray Observatory, Seite der NASA
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