X-ray satellit XMM-Newton fejrer 20 år i rummet

For to årtier siden, den 10. december, 1999, en Ariane 5 raket klatrede op på morgenhimlen fra Kourou, Fransk Guyana. Den bar i kredsløb om X-ray Multi-Mirror Mission (XMM-Newton), det største videnskabelige rumfartøj endnu bygget af ESA (European Space Agency) og en banebrydende satellit til at studere universet med forskellige slags lys. XMM-Newton har studeret over en halv million røntgenkilder, inklusive supernovaer, stjerneknusende sorte huller og supertætte neutronstjerner.

"Da ESA lancerede XMM-Newton for 20 år siden, det blev straks et af de vigtigste rumteleskoper, som astronomer brugte til at fremme deres forståelse af universet, sagde Paul Hertz, astrofysisk afdelingsdirektør ved NASAs hovedkvarter i Washington. "ESA skal lykønskes for at gøre XMM-Newton tilgængelig for det internationale videnskabssamfund og muliggøre et bjerg af videnskabelige opdagelser."

NASA bidrog med ressourcer til to af missionens nøgleinstrumenter. Agenturet finansierer også Guest Observer Facility på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som understøtter brugen af ​​XMM-Newton af det amerikanske videnskabelige samfund. Mere end en tredjedel af satellittens observationstid tildeles USA-baserede astrofysikere.

Røntgenstråler gør det muligt for forskere at undersøge ting som stjerner, stjernernes affald af supernova-rester, og de ekstreme miljøer omkring sorte huller. Det højenergiske lys kan ikke trænge igennem Jordens atmosfære, så denne type data skal indsamles i rummet.

ESA designet XMM-Newton med tre store, sammenstillede teleskoper for at fange så mange røntgenstråler som muligt over et bredt synsfelt - svarende til Månens tilsyneladende størrelse set fra Jorden. Teleskoperne sender det opsamlede lys til satellittens instrumenter.

European Photon Imaging Camera blev udviklet af et stort samarbejde, herunder Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Tyskland og ledet af Martin Turner ved University of Leicester i England. Instrumentet producerer billeder, der gør det muligt for forskere at kortlægge, hvordan lysstyrken af ​​kilder ændrer sig over tid, give information om målenes temperaturer og omgivelser.

Atomer i de ekstreme miljøer omkring sorte huller eller i stjerneaffald mister elektroner og producerer karakteristiske røntgenstråler. XMM-Newtons Reflection Grating Spectrometer kan udvælge signaler fra specifikke elementer som oxygen, nitrogen, kulstof eller jern. Den overordnede udvikling af spektrometret blev ledet af Bert Brinkman ved det hollandske institut for rumforskning. Steven Kahn, derefter på Columbia University i New York, ledet udviklingen af ​​de NASA-finansierede riste, som spredte lys opsamlet af teleskoperne for at afsløre elementerne.

Kosmiske hændelser sjældent, hvis nogensinde, udsender kun én type lys. NASA ydede support til XMM-Newtons optiske/UV-monitorteleskop, som studerer objekter ved synlige og UV-bølgelængder, gør XMM-Newton til en satellit med flere bølgelængder. Teleskopets overordnede udvikling blev ledet af Keith Mason ved Mullard Space Science Laboratory i England. Tidligere, samtidige røntgen- og optiske/UV-målinger var kun mulige ved at koordinere observationer mellem satellitter og jordbaserede teleskoper. Men at indsamle en jævn strøm af data fra jorden kan blive kompliceret af skyer og det faktum, at teleskoperne skal observere om natten.

"Vores tanke var, at hvis vi kunne lave alle observationerne fra én platform i rummet, det ville være meget mere effektivt, " sagde France Córdova, nu direktør for National Science Foundation i Alexandria, Virginia, der ledede udviklingen af ​​amerikanske bidrag til teleskopet. "At tænke på, at efter 20 år, alle instrumenterne arbejder stadig harmonisk sammen er helt fantastisk, " hun sagde.

Alle satellittens komponenter blev integreret i det europæiske rumforsknings- og teknologicenter i Noordwijk, Holland, før afsendelse 4, 600 miles (7, 300 kilometer) oversøisk til Kourou på det franske fragtskib MN Toucan.

Siden lanceringen, forskere har brugt XMM-Newton til at lære om neutronstjerner, de knuste kerner af massive stjerner, i resterne af supernova-eksplosionerne, der skabte dem. Satellitten registrerede det første pludselige spin-fald set på en tiltagende pulsar, en hurtigt snurrende neutronstjerne drevet af gas, der ledes ind på den fra en stjernenabo.

X-rays bounce all around the environments near black holes. These X-ray "echoes" can help us map the area much as sonar uses sound waves to chart the ocean floor. XMM-Newton scientists first used the technique to map the region around a monster black hole in 2012. The satellite has also watched the earliest moments of tidal disruptions, cataclysmic events that occur when unlucky stars stray too close to black holes.

"Normal" matter—from protons to planets—only makes up 5% of the universe, and for years, scientists could only account for half of it. XMM-Newton's detailed observations showed that at least some of the missing material hides in the intergalactic medium, the web of hot gas between galaxies. The rest of cosmic matter is called dark matter. XMM-Newton's surveys and source catalogs helped astrophysicists calculate exactly how much of this mysterious substance resides in galaxy clusters.

"XMM-Newton has revealed the universe's X-ray secrets to a generation of astronomers, " said Goddard's Kim Weaver, the NASA project scientist for the mission. "The satellite is projected to stay healthy through 2028, so the astrophysics community can look forward to another decade of exciting discoveries."