eROSITAs neuer Röntgenhimmel

In einem früheren Leben war ich mal Röntgenastronomin. Das ist zwar schon ein ganzes Weilchen her, aber alte Liebe rostet ja bekanntlich nicht. Und vor ein paar Tagen gab es etwas zu sehen, was das Röntgenastronom*innen-Herz höher schlagen ließ, nämlich das hier:

Der Himmel aus der Sicht von eROSITA. Bild: Jeremy Sanders, Hermann Brunner und das eSASS-Team (MPE); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (für das IKI)

Damit ihr dieses nach expressionistischem Gemälde in gewöhnungsbedürftiger Farbgebung aussehende Etwas auch zu würdigen wißt, schauen wir uns mal an, was es damit auf sich hat. Fangen wir an mit einem Blick in die Vergangenheit.

Lang ists her…

Das erste Mal mit der Röntgenastronomie in Berührung gekommen bin ich vor sage und schreibe 19 Jahren. (Hilfe, die Zeit rennt…) Ich war Physikstudentin im ersten Semester und hatte einen Job als Hilfskraft an der Hamburger Sternwarte ergattert. Damals waren die auch heute noch aktiven Röntgensatelliten-Veteranen XMM-Newton und Chandra noch nicht lange im Dienst und lieferten ein spannendes neues Ergebnis nach dem anderen. Gleichzeitig war es aber auch noch gar nicht so lange her, dass man den deutsch-britischen Vorgänger ROSAT in den Ruhestand geschickt hatte. Von den Daten, die mit ROSAT gewonnen worden waren, war noch längst nicht alles ausgewertet.

Meine Aufgabe war es damals, eine Datenbank von sonnennahen Sternen zu erstellen, die Röntgenstrahlung aussenden – basierend in erster Linie auf ROSAT-Daten. Die dafür notwendigen Infos ließen sich zum Teil Katalogen entnehmen, zum Teil mußte ich mir die Röntgendaten allerdings auch direkt anschauen und neu analysieren. (Das ganze dauerte übrigens mehrere Jahre, aber die Datenbank existiert bis heute, auch wenn sie leider seit über 10 Jahren nicht mehr gepflegt und aktualisiert wird.)

Den größten Teil seiner Betriebszeit hat ROSAT damit verbracht, gezielt einzelne Himmelsobjekte über einen längeren Zeitraum anzuvisieren, genauso wie es XMM und Chandra schon immer getan haben. Das galt auch für einige der Sterne auf meiner Liste, und anhand solcher Beobachtungen konnte man relativ leicht sagen ob und wenn ja wieviel Röntgenstrahlung ein Stern aussendet. Aber egal ob nun damals mit ROSAT oder heute mit XMM und Chandra, man kann nicht mal eben alle Sterne vermessen, zumal Röntgenbeobachtungen normalerweise deutlich länger dauern als Aufnahmen im sichtbaren Licht.

Der ROSAT All-Sky Survey

Ganz zu Beginn seiner Mission 1990 hat ROSAT aber zunächst eine Himmelsdurchmusterung durchgeführt, den ROSAT All-SKy Survey (RASS). Dazu hat man den Satelliten auf eine Umlaufbahn um die Erde gebracht, durch die er rechtwinklig zur Sonne den Himmel abgescannt hat. Durch die Bewegung der Erde um die Sonne verschob sich der beobachtete Streifen mit der Zeit, und innerhalb eines halben Jahres war fast der gesamte Himmel abgedeckt. (Es gab ein paar Lücken durch eine Fehlfunktion kurz vor Ende der Durchmusterung, die man später nachträglich geschlossen hat). Das Ergebnis was das hier:

Der ROSAT All-Sky Survey. Bild: MPE

Die Ähnlichkeit mit dem Bild oben ist nicht zu verleugnen. Deutlich pixeliger sieht es aus, angesichts seines Alters ist das aber auch nicht weiter verwunderlich. Und was sehen wir da jetzt? Solche Kartenansichten in Aitov-Projektion kennt man auch von der Erde, nur daß hier die Himmelskugel dargestellt ist. Das Koordinatensystem orientiert sich dabei an der Milchstraße, das galaktische Zentrum ist in der Mitte und die Milchstraßenebene liegt entlang der großen Halbachse der Ellipse. Wie, ihr könnt trotzdem nichts erkennen? Das verwundert jetzt nicht weiter, denn das Röntgenuniversum sieht vollkommen anders aus als das, was wir im sichtbaren Licht zu Gesicht bekommen. Nehmen wir also zur Orientierung mal dieselbe Ansicht vom Gaia-Satelliten her:

Sterne und dunkler Staub in der Milchstraße aus der Sicht von Gaia. Bild: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO

Einige der dunklen Staubwolken, die das Band der Milchstraße durchziehen, glänzen auch im Röntgenlicht durch Abwesenheit. Abgesehen davon ist das einzige, was man auf den ersten Blick identifizieren kann, die Große Magellansche Wolke rechts unterhalb der Bildmitte, eine Begleitgalaxie unserer Milchstraße.

Und überhaupt, was hat es mit den quietschebunten Farben des ROSAT-Bildes auf sich? Schließlich handelt es sich bei Röntgenstrahlung ja nicht um sichtbares Licht, so daß wir eigentlich gar keine Farben haben sollten. Künstlerische Freiheit? Tatsächlich haben die Farben durchaus eine Bedeutung, denn man hat die von ROSAT meßbare Röntgenstrahlung in drei Energiebereiche eingeteilt, die dann farbkodiert wurden: rot für die niedrigsten Energien, gelb-grün für mittlere Energien und blau für die höchsten Energien.

Das ROSAT-Bild war das das erste seiner Art: Vor ROSAT hatte kein anderes Röntgenteleskop mit seinen Beobachtungen den gesamten Himmel abdecken können, aber jetzt konnte man systematisch auf die Suche gehen: Von wo genau am Himmel kommt überall Röntgestrahlung her und welche Himmelsobjekte befinden sich dort? Gut 125.000 Röntgenquellen sind so zusammengekommen, und eine ganze Menge von meinen Sternen waren darunter. Der überwiegende Teil konnte zunächst nicht identifiziert werden. Mittlerweile weiß man, daß sich dahinter hauptsächlich Aktive Galaktische Kerne verbergen, also massereiche Schwarze Löcher im Zentrum weit entfernter Galaxien.

Die Zuordnung ist alles andere als einfach, den der Eindruck von Pixeligkeit im ROSAT-Bild kommt nicht von ungefähr. Das Abscannen des Himmels anstelle einer fixen Positionierung hat jedem gemessenen Röntgenphoton eine gewisse Positionsungenauigkeit verliehen, die Abweichung konnte bis zu 2 Bogenminuten betragen. Hinzu kommt, daß für jeden Punkt am Himmel nur maximal ein paar Minuten Beobachtungszeit zusammengekommen sind, in der oft nur wenig Röntgenstrahlung eingefangen werden konnte.

Bühne frei für eROSITA

Dadurch ist das ROSAT-Bild deutlich unschärfer als das Gaia-Bild, und hier kommt jetzt endlich das Bild von oben ins Spiel. Es stammt von eROSITA, dem Hauptinstrument des deutsch-russischen Satelliten Spektr-RG, das explizit als Nachfolger für den Durchmusterungs-Part der ROSAT-Mission entwickelt wurde. eROSITA besteht aus sieben Röntgenteleskopen und kann deutlich mehr Röntgenstrahlung sammeln als sein Vorgänger. Am 13. Juli 2019 wurde Spektr-RG gestartet und im Oktober konnte eROSITa sein First Light vermelden.

Mittlerweile ist einmal mehr ein halbes Jahr rum und der komplette Himmel ist abgedeckt. Das Resultat sehen wir oben: viel schärfer, viel mehr Röntgenquellen – über eine Million sind jetzt schon zusammengekommen. (Zugegeben, auch XMM und Chandra haben mittlerweile fleißig zur Zahl bekannter Röntgenquellen beigetragen.) Und das ist erst der Anfang, denn eROSITA soll noch sechs weitere Jahre messen und jede Menge weitere Röntgenphotonen sammeln. Dabei werden sich noch jede Menge zusätzliche schwache Röntgenquellen aus dem diffusen Hintergrund schälen.

Wenn mans genau nimmt, entsprechen eROSITA und ROSAT also in gewisser Weise Gaia und ihrer Vorgängermission Hipparcos – beide haben die Zahlen der zunächst vermessenen Objekte vervielfacht – und messen nach wie vor.

Und was zeigt uns nun der Röntgenhimmel?

eROSITAs Röntgenhimmel mit (englischer) Beschriftung. Bild: Jeremy Sanders, Hermann Brunner, Andrea Merloni und das eSASS-Team (MPE); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (für das IKI)

Die hellsten Röntgenquellen sind Supernovaüberreste in der Milchstraße, sogenannte Röntgendoppelsterne (die jeweils einen Weißen Zwerg, einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch enthalten und bei denen die Röntgenstrahlung durch Akkretion erzeugt wird), heißes Gas im Halo der Milchstraße und in nahegelegenen Galaxienhaufen und die Zentren von Aktiven Galaxien (wieder Schwarze Löcher mit Akkretion, aber diesmal in viel größerem Maßstab). Bei den allermeisten von eROSITA detektierten Quellen dürfte es sich wie zuvor bei ROSAT um solche fernen Galaxienkerne handeln, selbst wenn wir ihre Gegenstücke im sichtbaren Licht oder in anderen Spektralbereichen noch gar nicht identifiziert haben. Und ein paar Sterne sind auch dabei, alte Bekannte von mir…

Carolin Liefke

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Astronomin in vielerlei Hinsicht, so könnte man mich mit wenigen Worten beschreiben. Da ist zunächst einmal die Astrophysikerin, die an der Hamburger Sternwarte über die Aktivität von Sternen promoviert und dabei hauptsächlich mit den Röntgensatelliten Chandra und XMM-Newton gearbeitet hat, aber auch schon am Very Large Telescope in Chile beobachten durfte. Auslöser ihres beruflichen Werdegangs war ein engagierter Lehrer, dessen Astronomie-AG sie ab der 7. Klasse besuchte. Ungefähr zur selben Zeit erwachte auch die Hobbyastronomin, die anläßlich des Einschlags des Kometen Shoemaker-Levi 9 auf den Jupiter begann, mit einem russischen Feldstecher vom Flohmarkt den Tanz der Jupitermonde zu verfolgen. Heutzutage freut sie sich über jede Gelegenheit, mit ihrem 16-zölligen Dobson tief im Odenwald fernab der Lichter der Rheinebene auf die Jagd nach Deep-Sky-Objekten zu gehen. Und da Amateurastronomen gesellige Wesen sind, treffe ich mich gerne mit Gleichgesinnten, zum Beispiel zum gemeinsamen Beobachten. Auch nach meinem Umzug von der Großstadt Hamburg in das schöne Universitätsstädtchen Heidelberg halte ich engen Kontakt zu meinen Vereinskameraden von der Hamburger Gesellschaft für volkstümliche Astronomie und dem Astronomieverein meiner Jugend, dem Arbeitskreis Sternfreunde Lübeck. Seit einigen Jahren bin ich außerdem in dem Internetforum Astrotreff aktiv, wo ich Teil des Moderatorenteams bin. Um meine Faszination an der Astronomie an andere weitergeben zu können, besonders an Kinder und Jugendliche, habe ich mich seit Jahren in der Öffentlichkeitsarbeit engagiert, habe populärwissenschaftliche Vorträge gehalten und Schülergruppen betreut, die in Hamburg das Institut besucht haben. Diese Leidenschaft habe ich nun zu meinem Beruf gemacht. Hier in Heidelberg arbeite ich in einem kleinen aber feinen Team am Haus der Astronomie. Hiermit lade ich Sie ein, lieber Leser, an all diesen Facetten meines Astronomendaseins teilzuhaben. Mal witzig, mal spannend oder nachdenklich, manchmal auch persönlich oder mit Aha-Effekt. Carolin Liefke

3 Kommentare

  1. Mit der Betrachtung des Universums durch die “Röntgenbrille” hat sich unser Horizont erweitert.
    Ich frage mich, ist es technisch möglich noch kürzere Elektromagnetische Strahlung zu detektieren, also auch jenseits der Gammastrahlung?

    • Die Energie- bzw. Wellenlängenskala ist bei der Gammastrahlung nach oben offen, und beobachtet wird da ja auch: direkt mit Satelliten wie Fermi, Integral oder Swift, oder indirekt vom Erdboden mithilfe von Cherenkov-Teleskopen wie H.E.S.S., MAGIC, VERITAS und in Zukunft CTA

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