XMM-Newton Carina Fian. Übersicht Einführung Mission und Umlaufbahn Aufbau und Funktionsweise...

XMM-NewtonCarina 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

Aufbau:

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