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:

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:

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:

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?

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…