XMM-Newton Carina Fian

Übersicht Einführung Mission und Umlaufbahn Aufbau und Funktionsweise Instrumente und Herstellung Ergebnisse der Mission

Einführung Allgemeines: Weltraumobservatorium der ESA x-ray multi-mirror → Beobachtungen im Röntgenbereich Hauptaufgaben: Erforschung energiereicher Prozesse (z.B. Materieeinfall in Schwarze Löcher, Entstehung von Sternen)

Mission und Umlaufbahn Missionsstart: 10.Dezember 1999 mit der Rakete Ariane 5 Start: Raumfahrtzentrum Guayana in Frankreich stark exzentrischer Erdorbit 48h Umlaufzeit Bahn größtenteils außerhalb Strahlengürtel der Erde

Mission und Umlaufbahn Perigäum: 7000 km Geschwindigkeit: 24 000km/h Apogäum: 114 000 km Äquatorneigung gegen die Bahnebene: 40° Bahnneigung gegen die Ekliptik: 63°

Start der Mission Start des XMM-Newton mit der Rakete Ariane 5:

Umlaufbahn XMM-Orbit:

Umlaufbahn XMM-Orbit:

Aufbau war damals Europa's massereichster Satellit 3.8 Tonnen schwer Tubuslänge: 6.8 Meter Satellit 10 Meter lang Durchmesser der größten Spiegelschale: 70cm

Aufbau und Funktionsweise

Beobachtung im Röntgenbereich Wellenlängenbereich: 1 Pikometer – 10 Nanometer entspricht Energiebereich: 100eV - einigen MeV Nachteile bei Röntgenbeobachtungen: - Erdatmosphäre im Röntgenbereich undurchlässig - wird stark absorbiert - wird so gut wie nicht gebrochen

Beobachtung im Röntgenbereich man kann daher keine Linsensysteme verwenden Reflexionswinkel nahe 90° zum Lot auf die Oberfläche → deshalb nur bei streifendem Einfall Ablenkung man verwendet Teleskope spezielle Bauform: Wolter-Teleskope 3 verschiedene Typen → für astronomische Röntgenoptiken verwendet man Typ I

Beobachtung im Röntgenbereich nur im Grenzfall der Totalreflexion gelingt Reflexion der Strahlen:

Wolter-Teleskop Typ I Tubuslänge besteht aus 2 Spiegeln: - Parabolspiegel - Hyperbolspiegel Röntgenphotonen treffen zuerst auf das Rotationsparaboloid, dann auf das Rotationshyperboloid Reflexion an den Innenseiten der Spiegelsysteme (bei Typ 1) Hyperboloid führt Strahlung im Fokus zusammen

Strahlengang Strahlengang eines Wolter-Teleskops Typ I:

Aufbau des Wolter-Teleskops in einem Teleskop mehrere dieser Spiegelsysteme ineinander geschachtelt dadurch Vergrößerung der Lichtsammelfläche Die geschachtelten Spiegeloberflächen bestehen aus dünnen beschichteten Folien.

Aufbau des Wolter-Teleskops Vierfach verschachteltes Wolter-Teleskop:

Wolter-Teleskop Typ I Wolter-Teleskop Typ 1:

Aufbau XMM-Newton 3 parallel ausgerichtete Röntgenteleskope 58 dünne Spiegelschalen größere Intensitäten durch verschachtelte Spiegelsysteme durch hyperbolisches Spiegelsegment Vergrößerung des Blickfelds (da auch nicht genau achsenparallele Strahlen aberrationsfrei in der Brennebene abgebildet werden)

Aufbau XMM-Newton Brennweite: 7.5m gekrümmte Fokalebene im Fokus Detektor effektive Öffnung hängt von Größe und Anzahl der Spiegelschalen sowie vom Wellenlängenbereich der Röntgenstrahlung effektive Fläche variiert zwischen 0.6m² und 0.1m²

Instrumente 3 EPIC-Kameras (European Photon Imaging Camera) → CCD-Kameras, die extrem schwache Röntgenstrahlung registrieren können befinden sich im Fokus hinter einem Filterrad Aufnahmen im Energiebereich von 0.1-15keV Registrierung der Ankunftszeit für Variabilitätsstudien mit hoher Zeitauflösung (z.B. variable Röntgenhelligkeit von Galaxien, Pulsare)

Instrumente parallel zu Röntgenteleskopen optisches Teleskop moniert 30cm Spiegeldurchmesser Beobachtung im sichtbaren und ultravioletten Bereich möglich

Instrumente 2 Spektrometer 1 zusätzliches Gitterspektrometer wesentlich bessere Energieauflösung im Bereich von 0.35-2.5keV bei der Untersuchung heller Röntgenquellen

Herstellung Herstellung der Spiegelschalen äußerst kompliziert Formgenauigkeit < 1 Mikrometer Spiegelschalen bestehen aus Glaskeramik Bedampfung mit dünner Gold- oder Iridiumschicht insgesamt 200 m² hochfein poliertes Gold

Ergebnisse Aufgabenbereiche: detaillierte Röntgenspektroskopie der Korona anderer Sterne Untersuchungen von heißen Gasen in Galaxienhaufen Untersuchung der Entwicklung aktiver galaktischer Kerne

Ergebnisse 1.Beobachtung: am 19.Januar 2000 Ausschnitt aus großer Magellanscher Wolke:

Ergebnisse Neueste Entdeckungen: Bericht vom 25.März 2013: (www.astronews.com) Roter Zwergstern bewegt sich mit sehr hoher um das Massenzentrum des Doppelsystems.

Ergebnisse Bericht vom 28.Februar 2013: (www.astronews.com) Es ist erstmals gelungen, sichere Informationen über das Rotationsverhalten eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie zu gewinnen.

Ergebnisse Bericht vom 25.Januar 2013: (www.astronews.com) Beobachtung eines schnell rotierenden Neutronensterns im Radio- und Röntgenbereich → Änderungen im Abstrahlverhalten im Radiobereich zeigten sich auch in den Röntgendaten.

Mission Mission sehr erfolgreich schon 3 Mal verlängert (2005, 2007, 2009) laut Entscheidung im November 2010: voraussichtliches Missionsende: 31.Dezember 2014

Quellen Beobachtende Astronomie II: Astronomie und Astrophysik IV (Mathias Scholz) ESA: XMM-Newton Science Operations Center ESA: XMM-Newton SOC Overview ESA: XMM-Newton A Technical Description ESA: XMM-Newton Hardware Schematics MPE: XMM-Newton Homepage Poster: Beteiligung an Experimenten zur Weltraumastronomie (Arbeitsgruppe Röntgenastronomie; Institut für Astronomie und Astrophysik Tübingen) Horizon 2000 Science Programme http://www.astronews.com http://www.x-ray-optics.de