Astro-Forschung
Einstein-Probe: eine weitere Himmelsdurchmusterung im Röntgenlicht

Peter Friedrich

Erst kürzlich habe ich in diesem Journal über das siebenäugige Röntgenteleskop eROSITA und seine Forschungsmission auf dem russischdeutschen Weltraumobservatorium Spektrum-Röntgen-Gamma berichtet (vgl. sternzeit 1/2021 und 2/2021). In diesem Beitrag geht es um eine zukünftige Weltraummission unter chinesischer Federführung, die ebenfalls den gesamten Himmel im Spektralbereich der Röntgenstrahlung durchmustern soll. Der Forschungsschwerpunkt liegt hierbei aber auf der schnellen Entdeckung von Objekten, deren Röntgenstrahlungsemission veränderlich ist. Dabei wird auch auf technische Lösungen zurückgegriffen, die für eROSITA entwickelt wurden.

Name und Wissenschaftliche Zielsetzung

Der Name des Observatoriums, das ab 2024 in einem erdnahen Orbit seine Arbeit aufnehmen soll, lautet Einstein Probe. Damit wird Bezug auf die Art von Himmelsobjekten genommen, die man zu beobachten erwartet: Schwarze Löcher und andere hochverdichtete kompakte Objekte verschiedenster Masse, von stellarer Größe in Doppelsternsystemen bis hin zu Milliarden Sonnenmassen schweren Schwarzen Löchern in Zentren Aktiver Galaxien. Sie alle können Materie in verschiedenartigen Prozessen – teils kontinuierlich, teils kurzfristig und irregulär – „akkretieren“. Akkretion ist der Fachbegriff für das Aufsammeln von Materie, die in das Schwerefeld eines Sterns oder kompakten Objekts gerät und neben der Gravitation auch von starken Magnetfeldern beeinflusst werden kann. Bei kompakten Objekten wie Weißen Zwergsternen, Neutronensternen und Schwarzen Löchern ist die Akkretion mit Effekten der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein verbunden.

Akkretion ist in vielen Fällen kein statischer Prozess, sondern sie ist aufgrund von Instabilitäten im Materiefluss oder durch singuläre Ereignisse teils extremen Schwankungen unterworfen, die auf allen Zeitskalen auftreten können. Diese wage Formulierung deutet bereits an, dass ein präziser Gesamtüberblick der Variabilitäts-Phänomene bisher nicht existiert. Das ist verständlich, weil – anders als im visuellen Spektralbereich – bodengebundene Beobachtungsnetzwerke nicht möglich sind, denn die Beobachtung erfolgt ausschließlich von einigen Satelliten aus, die in der Regel nicht dazu ausgelegt sind, in schneller Folge den kompletten Himmel zu observieren, um mögliche veränderliche Röntgenquellen aufzuspüren. Diese Nische soll Einstein Probe ausfüllen, und zwar mit einem Weitwinkel-Röntgenteleskop, das innerhalb von kurzer Zeit den gesamten Himmel abtastet und so systematisch bislang unentdeckte Variabilitätsphänomene aufspürt. Dazu könnten ruhende Schwarze Löcher zählen, die aufgrund sporadischer Akkretion nur gelegentliche Helligkeitsausbrüche zeigen, und auch die Verschmelzungen von Neutronensternen und Schwarzen Löchern, die durch Gravitationswellendetektoren detektiert werden und kurzzeitig auch hochenergetische elektromagnetische Strahlung aussenden. Insgesamt soll die Mission dazu beitragen, eine gute statistische Grundlage für alle Arten von Variabilität im Röntgenbereich aufzubauen.

Mission und Instrumentierung

Einstein Probe ist eine 2013 vorgeschlagene und inzwischen etablierte Satelliten-Mission der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS), die sich der zeitaufgelösten Überwachung des Himmels im Röntgenbereich von 0,5 bis 4 keV widmen soll. Die Konstruktion des Raumfahrzeugs basiert auf einer chinesischen Kleinsatellitenplattform, wobei die Instrumente auf der oberen Platte montiert sind. Die Gesamtmasse des Raumfahrzeugs beträgt gut eine Tonne. Der Start der Mission wird voraussichtlich Ende 2023 stattfinden; die nominale Lebensdauer von drei Jahren kann möglicherweise um zwei Jahre verlängert werden. Der Einstein-Probe-Satellit soll von einer Trägerrakete Long March LM2C in eine kreisförmige Umlaufbahn mit einer Inklination von 30 Grad und einer Höhe von 600 bis 650 km befördert werden.

Zwei verschiedenartige Röntgenteleskope, die sich ergänzen, werden auf dem Satelliten implementiert:

1. Das Wide-field X-ray Telescope (WXT),bestehend aus 12 optischen Modulenauf der Basis einer Lobster-Eye-Mikroporenoptikmit einem Gesichtsfeld von3600 Quadratgrad und CMOS-Detektorenals Bildgeber.
    
2. Das Follow-up X-ray Telescope (FXT), dessen Optik aus einem Wolter-I-Spiegelmodul vom Typ eROSITA besteht, mit einem CCD-Detektor im Fokus.