Heiß und voller Energie

FAU an der nächsten ESA-Großmission beteiligt

Wie sind schwarze Löcher gewachsen und wie prägten sie das Universum? Wie bildeten sich die großräumigen Strukturen aus gewöhnlicher Materie, die wir heute sehen? Diese Fragen gehören zu den wichtigsten offenen Themen der modernen Astrophysik, und die nächste große Mission der Europäischen Weltraumagentur ESA könnte die nötigen Antworten liefern. Die FAU ist als eine von drei deutschen Universitäten an dem internationalen Projekt beteiligt. Starten soll der Forschungssatellit im Jahr 2028.

Die nächste große ESA-Mission wird sich mit dem Thema „Das heiße und energetische Universum“ beschäftigen, das gab die Organisation kürzlich in Paris bekannt. Vorgeschlagen hat das Thema eine internationale Kollaboration, an der auch das FAU-Forscherteam um Prof. Dr. Jörn Wilms von der Dr.-Karl-Remeis-Sternwarte und dem Erlangen Centre for Astroparticle Physics beteiligt ist und die vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching geleitet wird. Die Forscher planen, mit einem speziellen Röntgenteleskop namens Athena das Universum mit bisher unerreichter Genauigkeit zu durchleuchten und eine Antwort auf die Frage zu finden, warum unser Weltall so aussieht, wie wir es heute beobachten. Die FAU-Forscher simulieren dabei, wie sich die Röntgendetektoren auf dem Satelliten verhalten, um so herauszufinden, wie die Instrumente letztlich aufgebaut sein müssen.

Gewöhnliche Materie liegt im Universum größtenteils als heißes Gas vor. Dieses ist zum Beispiel für die Galaxienhaufen verantwortlich, die größten zusammenhängenden Strukturen, die wir heute kennen. Bei Temperaturen von mehr als zehn Millionen Grad strahlt das Gas besonders hell im Röntgenbereich. Wollen Wissenschaftler nun verstehen, wie sich Strukturen aus gewöhnlicher Materie bilden und entwickeln, benötigen sie ein Röntgenobservatorium im Weltraum mit hoher Empfindlichkeit, guter spektraler Auflösung und einem großen Sichtfeld.

Und genau dafür haben sie Athena konzipiert. Mit einem derartigen Teleskop könnten Astronomen spektroskopische Beobachtungen von weit entfernten Galaxien erhalten und die physikalischen Parameter der größten gebundenen Objekte vermessen. Diese Informationen würden unser Verständnis davon, wie sich die Strukturen aus heißem Gas in der Kinderstube des Universums bildeten, einen großen Schritt voran bringen. Messungen der Geschwindigkeiten, der Thermodynamik und der chemischen Zusammensetzung des heißen Gases sowie die Veränderung dieser Parameter auf kosmischen Zeitskalen würden den Forschern auch ganz neue Einblicke in komplexe astrophysikalische Prozesse erlauben.

Mit einem Röntgenteleskop wie Athena könnten die Astronomen sogar noch weiter in die Geschichte des Universums zurückblicken, um dort die energiereichsten Vorgänge zu untersuchen und die ersten supermassereichen schwarzen Löcher zu entdecken. Diese stammen aus einer Zeit, als sich die ersten Galaxien bildeten, weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall. Aufgrund der extrem hohen Temperaturen und der riesigen Energiemengen, die Materie abgibt, wenn sie in ein schwarzes Loch fällt, ist Röntgenstrahlung die verlässlichste und vollständigste Methode, um schwarze Löcher zu untersuchen.

Aufgrund ihrer hohen Kosten von rund einer Milliarde Euro können große Satelliten nur für besonders wichtige wissenschaftliche Fragestellungen gebaut werden. Die ESA wählt daher nur alle acht bis zehn Jahre eine derartige Fragestellung aus. Nachdem das Wissenschaftsthema von der ESA jetzt festgelegt wurde, gilt es, die von den europäischen Röntgenastronomen in den vergangenen zehn Jahren entwickelten Pläne für den Satelliten weiter zu verfeinern und ein endgültiges Konzept für die Mission zu erstellen. Da das Athena-Team das Thema vorgeschlagen hat und als einziges Team in Europa auch über die erforderlichen Technologien verfügt, sind die Wissenschaftler zuversichtlich, dass dabei sie das Rennen machen werden.

Die Entscheidung dazu wird die ESA voraussichtlich im Jahr 2014 treffen. Danach folgen drei bis vier Jahre, in der die nötige Technologie weiter optimiert wird. Anschließend dürfte es weitere zehn Jahre dauern, um das Observatorium fertig zu stellen. Ab 2028 könnte Athena dann einen Blick in das heiße und energetische Universum werfen. Die Vorarbeiten zu Athena an der FAU hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt unterstützt.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Jörn Wilms
Tel.: 0951/95222-13
joern.wilms@sternwarte.uni-erlangen.de