Das zukünftige Röntgenobservatorium "Athena" könnte Hinweise liefern, wie sich großräumige Strukturen im Universum bildeten.
Abbildung: © Athena collaboration

Wissenschaftler der Universität Tübingen haben die Vorarbeit für die nächste Großmission der Europäischen Weltraumorganisation ESA geleistet: Das Milliardenprojekt soll auf einem Konzept basieren, an dessen Erarbeitung das Institut für Astronomie und Astrophysik (IAAT) im Kepler Center für Astro- und Teilchenphysik Tübingen wesentlich beteiligt war. "Das heiße und energetische Universum" wurde von der ESA aus 37 Themenvorschlägen ausgewählt. Gemeinsam mit Wissenschaftlern aus 20 Ländern und unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Extraterrestrische Physik in Garching (MPE) hatten die Tübinger Forscher um Professor Andrea Santangelo den Programmvorschlag erarbeitet. In den nächsten Jahren werden sie auch an der Entwicklung von Instrumenten für diese Mission beteiligt sein.

Dem Konzept des Teams folgend will die ESA im Weltall das Röntgenobservatorium "Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics" (Athena) aufbauen. Es soll weit in die Anfänge des Universums zurückblicken und die Strukturbildung der Materie nach dem Urknall erforschen - eines der Mysterien im Bereich der Kosmologie. Als nächster Schritt wird die Technologie für das Vorhaben entwickelt. Das Röntgenteleskop soll eine hohe Empfindlichkeit, eine exzellente spektrale Auflösung sowie ein großes Gesichtsfeld erhalten.

Die Tübinger werden nun auch an der Technologie für Athena mitarbeiten, wie Dr. Chris Tenzer erklärt, der an Universität Tübingen die experimentellen Aktivitäten der Arbeitsgruppe für Hochenergieastrophysik koordiniert. "Das IAAT und speziell die Arbeitsgruppe sind eines von mehreren deutschen Instituten, die zu den Instrumenten für Athena beitragen. Wir werden Hardware wie Elektronik und mechanische Teile entwickeln und umfangreiche Simulationen durchführen, die ein besseres Design der Instrumente ermöglichen."

Beteiligt ist die Universität Tübingen an der Entwicklung des Wide-Field-Imagers (WFI), der eine weiträumige und beispiellos tiefe Beobachtung des Röntgenhimmels durchführen wird und so Quellen von Röntgenstrahlung für die Forscher sichtbar macht. Zudem planen die Tübinger Beiträge zum X-ray Integral Field Unit (X-IFU), einem hochauflösenden Mikrokalorimeter, das eine extrem hohe Spektralauflösung mit räumlicher Auflösung kombiniert und somit eine genaue Studie der beobachteten Röntgenquellen ermöglicht.

Wie sich die ersten Galaxien bildeten

Die ESA-Mission soll 2028 ins Weltall starten und zwei Kernfragen der modernen Astrophysik aufklären: Wie bildeten sich die großräumigen Strukturen, also Galaxien und Galaxienhaufen, die wir heute sehen? Wie sind Schwarze Löcher gewachsen, und wie beeinflussen sie ihre Umgebung? "Die Suche nach Hinweisen darauf, wie sich die gewöhnliche sichtbare Materie unter dem Einfluss von Dunkler Materie zu Galaxien und Galaxienhaufen, den größten beobachtbaren Strukturen im Universum, geformt hat, ist eine spannende Herausforderung", sagt Professor Andrea Santangelo, Leiter der Abteilung Hochenergieastrophysik im Kepler Center für Astro- und Teilchenphysik. Besonders interessant ist zudem die Frage der Entstehung supermassereicher Schwarzer Löcher - mit der milliardenfachen Masse unserer Sonne - in der Frühzeit der kosmologischen Entwicklung und ihre Wechselwirkung mit ihrer Umgebung durch Teilchenwinde und energiereiche Strahlungsjets.

"Durch die Mission können wir unser Wissen über die Physik der astronomischen Objekte innerhalb und außerhalb unserer Milchstraße erweitern", sagt Dr. Manami Sasaki, Leiterin einer eigenen DFG-Forschungsgruppe am IAAT. "Athena wird tief ins Universum schauen, zurück zu Zeitpunkten, an denen sich die ersten Sterne, Galaxien und Schwarzen Löcher bildeten. Dadurch werden neue Entdeckungen im Bereich der Kosmologie möglich", erläutert Professor Santangelo. "Wir sind stolz darauf, bei dieser Mission dabei zu sein. Hier in Tübingen können wir zudem eine neue Generation von Studenten an den Forschungsarbeiten beteiligen."