Röntgenblick auf Schwarze Löcher

Viele der gewaltigsten Objekte im Universum sind für das menschliche Auge unscheinbar: Schwarze Löcher, aktive Galaxienkerne und Reste explodierter Sonnen machen sich vor allem im Röntgenlicht bemerkbar. Ein innovatives Weltraumteleskop der US-Raumfahrtbehörde Nasa soll ein neues Fenster in diesen energiereichen Kosmos öffnen. Der Start des Röntgenobservatoriums „NuSTAR“ ist für diesen Mittwoch (13. Juni) geplant.

„Wir werden die heißesten, kompaktesten und energiereichsten Objekte sehen, mit einem grundlegend neuartigen Röntgenteleskop, das viel tiefere und schärfere Bilder liefert als je zuvor“, schwärmt „NuSTAR“-Chefwissenschaftlerin Fiona Harrison vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena in einer Nasa-Mitteilung. Sie hat die Mission vor 20 Jahren ersonnen.

Besonders stark

„NuSTAR“ (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) öffnet den Blick der Astronomen für sogenannte harte, das heißt besonders energiereiche Röntgenstrahlung. Sie gleicht der Strahlung, mit der Ärzte Knochen oder Zähne durchleuchten. Damit schließt das Teleskop eine Beobachtungslücke zwischen den existierenden Röntgenobservatorien „Chandra“ der Nasa und „XMM-Newton“ der europäischen Raumfahrtagentur Esa sowie dem Gammastrahlenteleskop „Fermi“ der Nasa. Weil die energiereiche Strahlung von der Erdatmosphäre geschluckt wird, müssen solche Observatorien oberhalb der Atmosphäre im Erdorbit stationiert werden.

Harte Röntgenstrahlung entsteht im Kosmos etwa, wenn Gas und Staub in den unentrinnbaren Schlund eines Schwarzen Lochs stürzen und sich dabei auf Millionen Grad Celsius aufheizen, oder wenn aktive Galaxienkerne Materie fast mit Lichtgeschwindigkeit tausende von Lichtjahren weit ins All schleudern. Wie die hohen Energien erzeugt werden, ist nicht immer im Detail geklärt. Der Lösung dieser Rätsel soll das 350 Kilogramm schwere „NuSTAR“ in seiner auf zwei bis fünf Jahre angesetzten Mission näherkommen.

Nur 131 Millionen Euro teuer

Mit 165 Millionen US-Dollar (131 Millionen Euro) ist „NuSTAR“ im Vergleich ein eher günstiges Weltraumteleskop. Das Besondere daran: Dank einer ausgeklügelten Technik ist es als erstes Observatorium in der Lage, harte Röntgenstrahlung zu fokussieren, also scharfe Bilder zu gewinnen. Dazu ist eine besondere Optik nötig, denn die energiereiche Strahlung lässt sich nicht einfach durch Linsen schicken wie sichtbares Licht. Stattdessen wird das Röntgenlicht streifend von schalenförmigen Spezialspiegeln abgelenkt.

Auf diese Weise arbeiten auch andere Röntgenteleskope, aber „NuSTAR“ ist das erste, dem dies für hochenergetische Röntgenstrahlung gelingt. Die beiden optischen Einheiten des Teleskops bestehen aus je 133 dünnen Glaszylindern, die zwiebelschalenartig verschachtelt und mit einer Spezial-Metalllegierung bedampft sind. Um den richtigen Abstand zum Detektor zu bekommen, muss der beim Start nur etwa kühlschrankgroße Satellit im Erdorbit einen fast zehn Meter langen Turm entfalten – 26 kritische Minuten für die gesamte Mission.

Wie bei Galileo

Geht alles gut, erwarten die Forscher fundamental neue Einblicke. „Es ist ähnlich wie mit Galileo, der vor 400 Jahren als erster sichtbares Licht mit seinem neuen Fernrohr fokussiert hat“, erläutert Projektwissenschaftler Daniel Stern. „‚NuSTAR‘ ist das erste Instrument, das hochenergetisches Röntgenlicht fokussieren wird. Und das bringt uns mehr als zehnmal schärfere und über hundertmal empfindlichere Bilder, was uns ermöglicht, einige der energiereichsten Phänomene quer durchs Universum zu untersuchen.“

So soll „NuSTAR“ etwa die erste systematische Bestandsaufnahme Schwarzer Löcher im All liefern. „Wir glauben, das zwei von drei Schwarzen Löchern verborgen sind“, erläutert Stern. Gas und Staub verdecken sie und lassen nur das energiereichste Röntgenlicht passieren. Von dem Weltraumteleskop erhoffen sich die Astronomen auch Einblicke in die Entstehung und die Physik dieser bizarren Phänomene.

Außerdem soll „NuSTAR“ untersuchen, wie explodierende Sonnen die chemischen Elemente schmieden, aus denen Planeten, Bäume, Tiere und auch Menschen bestehen. Und es soll in die bislang unerklärlich heiße Außenschicht unserer Sonne blicken. Auch hier hoffen die Forscher auf eine Erklärung dafür, was die sogenannte Korona auf Millionen Grad aufheizt. Darüber hinaus rechnen die Astronomen mit Überraschungen: „Wir haben einen Satz geplanter Beobachtungen von Dingen, bei denen wir sicher sind, dass wir sie sehen werden“, sagt Stern. „Aber am aufregendsten ist, dass wir vielleicht Dinge sehen, die unerwartet sind.“