eROSITA – jagten på mørk energi begynder

Den 21. juni 2019 opsendes Spektrum-Röntgen-Gamma (Spektr-RG / SRG) rumfartøjet fra den kasakhiske steppe, markerer starten på en spændende rejse. SRG vil bære den tyske Extended ROentgen Survey med et Imaging Telescope Array (eROSITA) røntgenteleskop og dets russiske ART-XC partnerinstrument. En protonraket vil bære rumfartøjet fra Baikonur Cosmodrome mod dets destination - det andet Lagrange-punkt i Sol-Jord-systemet, L2, som er 1,5 millioner kilometer fra Jorden.

I kredsløb omkring dette ligevægtspunkt, eROSITA vil gå i gang med den hidtil største undersøgelse af det varme univers. Rumteleskopet vil bruge sine syv røntgendetektorer til at observere hele himlen og søge efter og kortlægge varme kilder såsom galaksehobe, aktive sorte huller, supernova-rester, X-ray binære og neutronstjerner.

Walther Pelzer, bestyrelsesmedlem for Space Administration ved German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR), siger, "eROSITAs røntgen-"øjne" er de bedste, der nogensinde er blevet opsendt som en del af et rumteleskop. Deres unikke kombination af lysopsamlingsområde, synsfelt og opløsning gør dem cirka 20 gange mere følsomme end ROSAT-teleskopet, der fløj til rummet i 1990'erne. ROSAT inkorporerede også avanceret teknologi, der var 'lavet i Tyskland'. Med sine forbedrede muligheder, eROSITA vil hjælpe forskere med at få en bedre forståelse af universets struktur og udvikling, og bidrager også til undersøgelser af mysteriet om mørk energi."

mørk energi – accelererer udvidelsen af ​​universet

Universet har udvidet sig kontinuerligt siden Big Bang. Indtil 1990'erne, man troede, at denne kosmiske ekspansion ville bremse op og til sidst gå i stå. Derefter, astrofysikerne Saul Perlmutter, Adam Riess og Brian Schmidt observerede stjerneeksplosioner, der var synlige på lang afstand og altid udsendte den samme mængde lys. De målte deres afstande og kunne næsten ikke tro på deres resultater.

"De observerede Type 1a supernovaer udviste lavere lysstyrkeniveauer end forventet. Det var tydeligt, at universet ikke blev langsommere, mens det udvidede sig - tværtimod, faktisk. Det tager fart, og dets komponenter bliver kørt længere og længere fra hinanden i en stadigt stigende hastighed, " forklarer Thomas Mernik, eROSITA projektleder hos DLR Space Administration. Med denne opdagelse, de tre forskere vendte videnskaben på hovedet og blev tildelt Nobelprisen i fysik i 2011. Alligevel Perlmutter, Riess og Schmidt har efterladt os med et afgørende spørgsmål:"Hvad er det 'kosmiske brændstof', der driver universets udvidelse? Da ingen endnu har været i stand til at besvare dette spørgsmål, og ingredienserne i denne katalysator er ukendte, det omtales simpelthen som mørk energi. eROSITA vil nu forsøge at spore årsagen til denne acceleration, " forklarer Mernik.

Galaksehobe – en nøgle til mørk energi

Meget lidt er kendt om universet. De ingredienser, der udgør 4 procent af dens energitæthed – 'normalt' materiale såsom protoner og neutroner – er kun en meget lille del af 'universets opskrift'. Hvad de øvrige 96 procent består af, er fortsat et mysterium. I dag menes det, at 26 procent er mørkt stof. Imidlertid, den største andel, anslået til 70 pct. består af mørk energi.

For at spore dette, videnskabsmænd må observere noget ufatteligt stort og ekstremt varmt:"Galaksehobe er sammensat af op til flere tusinde galakser, der bevæger sig med forskellige hastigheder inden for et fælles tyngdefelt. Indeni, disse mærkelige strukturer er gennemsyret af en tynd, ekstremt varm gas, der kan observeres gennem dens røntgenstråling. Det er her, eROSITAs røntgen-'øjne' kommer ind i billedet. De giver os mulighed for at observere galaksehobe og se, hvordan de bevæger sig i universet, og frem for alt, hvor hurtigt de rejser. Vi håber, at denne bevægelse vil fortælle os mere om mørk energi, " forklarer Thomas Mernik.

Kort over hele det varme univers - det største kosmiske katalog

Forskere er ikke kun interesserede i galaksehobenes bevægelsesmønstre. De ønsker også at tælle og kortlægge disse strukturer. Op til 10, 000 sådanne klynger skulle "fanges" af eROSITAs røntgen-"øjne" - flere end nogensinde er blevet observeret før. Ud over, andre varme fænomener såsom aktive galaktiske kerner, supernova-rester, X-ray binære og neutronstjerner vil blive observeret og identificeret.

eROSITA vil scanne hele himlen hver sjette måned til dette formål, og skab et dybt og detaljeret røntgenkort over universet over fire år. Det vil således producere det hidtil største kosmiske katalog af varme objekter og dermed forbedre den videnskabelige forståelse af universets struktur og udvikling.

eROSITA – syv røntgen-'øjne', der ser ind i universet

Det tyske teleskop består af to kernekomponenter - dets optik og de tilhørende detektorer. Førstnævnte består af syv spejlmoduler, der er justeret parallelt. Hvert modul har en diameter på 36 centimeter og består af 54 indlejrede spejlskaller, hvis overflade er sammensat af en paraboloid og en hyperboloid (Wolter-I optik).

"Spejlmodulerne samler højenergifotoner og fokuserer dem på CCD-røntgenkameraerne, som er specielt udviklet til eROSITA på vores halvlederlaboratorium i Garching. Disse udgør den anden kernekomponent i eROSITA og er placeret i fokus for hvert af spejlsystemerne. De meget følsomme kameraer er de bedste af deres slags og, sammen med spejlmodulerne, danne et røntgenteleskop med en uovertruffen kombination af lysopsamlingsområde og synsfelt, " forklarer Peter Predehl, eROSITA hovedefterforsker hos MPE.