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Aug 29, 2023

XRISM X

XRISM wird Röntgenstrahlen beobachten, die von extremen Phänomenen freigesetzt werden, um Wissenschaftler bei der Untersuchung der Entwicklung unseres Universums zu unterstützen. Eine große Röntgenbeobachtungsmission soll am Samstag (26. August) starten, mit dem Ziel

XRISM wird Röntgenstrahlen beobachten, die von extremen Phänomenen freigesetzt werden, um Wissenschaftler bei der Untersuchung der Entwicklung unseres Universums zu unterstützen.

Am Samstag (26. August) soll eine große Röntgenbeobachtungsmission starten, deren Ziel es ist, Astronomen Einblicke in einige der extremsten, explosivsten und heißesten Objekte und Ereignisse im Universum zu verschaffen.

Die X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM), eine Zusammenarbeit zwischen der NASA und der japanischen Agentur für Luft- und Raumfahrtforschung (JAXA) mit Unterstützung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), wird Dinge wie heiße Gashüllen um Galaxienhaufen und heftige Ausbrüche untersuchen Monsterschwarze Löcher. Seine Ergebnisse sollen Wissenschaftlern helfen, die Entwicklung des Universums besser zu verstehen.

„Röntgenastronomie ermöglicht es uns, die energiereichsten Phänomene im Universum zu untersuchen“, sagte Matteo Guainazzi, ESA-Projektwissenschaftler für XRISM, in einer Erklärung. „Es ist der Schlüssel zur Beantwortung wichtiger Fragen der modernen Astrophysik: Wie sich die größten Strukturen im Universum entwickeln, wie die Materie, aus der wir letztendlich bestehen, im Kosmos verteilt wurde und wie Galaxien durch massive Schwarze Löcher in ihren Zentren geformt werden.“

Der Start von XRISM steht bevor20:30 Uhr ET am Samstag (26. August) (0030 GMT oder 9:30 Uhr japanische Ortszeit am Sonntag, 27. August) und kann live auf Japanisch und Englisch auf dem YouTube-Kanal von JAXA angesehen werden. Live-Missionsaktualisierungen sind im Twitter-Feed von JAXA verfügbar.

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XRISM wird auf einem H-IIA (H-2A) Einweg-Trägersystem starten, das von Mitsubishi Heavy Industries (MHI) vom Tanegashima Space Center, Japan, betrieben wird. Es wird mit einer Betriebsdauer von mindestens drei Jahren gerechnet.

Guainazzi erklärte, dass die 8 % der Beobachtungszeit, die der ESA von der verfügbaren Betriebszeit von Markteinführung Ende der 2030er Jahre.

Während Astronomen mittlerweile in der Lage sind, kosmische Objekte wie Sterne und Galaxien zu erkennen, die Licht aussenden, das mit dem sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums in Verbindung steht, dem Abschnitt, für den unsere Augen sich entwickelt haben, um ihn zu sehen, zeichnen diese Beobachtungen nur einen Teil des umfassenderen kosmischen Bildes.

Der Kosmos wird auch von elektromagnetischer Strahlung im Zusammenhang mit niederenergetischen Infrarotwellenlängen durchdrungen, die das James Webb Space Telescope (JWST) mit großer Wirkung einfängt, sowie von hochenergetischer Röntgen- und Gammastrahlung.

Obwohl sie für unsere Augen unsichtbar sind, werden diese Röntgenstrahlen von Gasen emittiert, die zwischen Sternen und Galaxien sowie in extremen und gewalttätigen Umgebungen lauern. Ihre Untersuchung kann daher wichtige Details zu unserem kosmischen Teppich des Universums hinzufügen.

Eine Schlüsselfunktion von XRISM wird beispielsweise darin bestehen, Röntgenstrahlen zu untersuchen, die von superheißen, massiven Gashüllen stammen, die Galaxienhaufen umgeben – einige der größten Strukturen im bekannten Universum. Dies sollte bei der Messung der Massen dieser Cluster sowie ihrer Gashüllen helfen und es Astronomen so ermöglichen, besser zu verstehen, wie sich diese Systeme entwickelt haben könnten.

Darüber hinaus könnten Röntgenstrahlen aus den Gashüllen Astronomen dabei helfen, festzustellen, wie angereichert die Hüllen mit Elementen sind, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind. Diese schwereren Elemente werden „Metalle“ genannt.

Es ist wichtig, die Metallzusammensetzung zu kennen, denn als das Universum zum ersten Mal mit Sternen und Galaxien besiedelt wurde, waren die einzigen Elemente, die in nennenswerten Mengen existierten, Wasserstoff und Helium sowie ein winziger Anflug von Metallen wie Stickstoff. Es war die erste Generation von Sternen, die durch Kernfusion von Wasserstoff und Helium in ihren Kernen schwerere Elemente synthetisierten.

Diese schweren Elemente wurden dann im Kosmos verteilt, als die ersten Sterne am Ende ihres Lebens als Supernovae explodierten. Dadurch wurden die Galaxien umgebenden Gaswolken mit Metallen angereichert. Als dann übermäßig dichte Teile dieser Wolken zusammenbrachen und die zweite Generation von Sternen entstand, entstanden noch mehr metallreiche Sterne.

XRISM wird mithilfe seines Resolve-Instruments in der Lage sein, die Energie hochenergetischer Röntgenphotonen oder Lichtteilchen zu messen. Die bevorstehende Athena-Mission der ESA wird ein ähnliches Gerät umfassen, das anhand der Leistung von Resolve mit XRISM informiert wird.

Mit Resolve können Astronomen die Temperaturen und Geschwindigkeiten heißer Gase, die die Mission beobachtet, mit hoher Genauigkeit messen. Darüber hinaus könnte XRISM durch die Kartierung der Metalle in diesen Wolken mittels emittierter Röntgenstrahlen Wissenschaftlern dabei helfen, besser zu bestimmen, wie der Prozess der Anreicherung von Sternmetallen in den letzten 13,8 Milliarden Jahren der kosmischen Geschichte abgelaufen ist.

Die innovative Röntgenuntersuchung von XRISM wird Physikern auch dabei helfen, mehr über einige grundlegende kosmische Phänomene zu erfahren.

Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie von 1915 gilt derzeit als die beste Erklärung der Schwerkraft auf kosmischen Skalen, die wir haben, aber es gibt immer noch Aspekte des Universums, die sie nur schwer erklären kann. Es erklärt beispielsweise nicht ganz, wie sich die Expansion des Universums beschleunigt.

Aus diesem Grund testen Wissenschaftler immer noch die Grenzen der Allgemeinen Relativitätstheorie, die auch als Einsteins geometrische Gravitationstheorie bekannt ist, da sie darauf hindeutet, dass Objekte mit Massen das Gefüge von Raum und Zeit „verzerren“. Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie entsteht aus dieser Verzerrung die „Schwerkraft“. Je massiver und dichter ein Objekt ist, desto stärker ist die Verzerrung, die es verursacht.

Interessanterweise sind die Auswirkungen einer solchen Verzerrung auch sichtbar, wenn elektromagnetische Strahlung oder Licht an einer Verzerrung vorbeikommt.

XRISM wird sich diesen Effekt zunutze machen, wenn es Röntgenemissionen von Materialien untersucht, die die massereichsten und dichtesten Objekte im Universum umgeben, nämlich supermassereiche Schwarze Löcher, die im Zentrum der meisten, wenn nicht aller großen Galaxien liegen.

Während sich diese supermassereichen Schwarzen Löcher von der sie umgebenden Materie ernähren, wodurch eine abgeflachte Scheibe namens Akkretionsscheibe entsteht, wird diese Materie auf enorme Temperaturen erhitzt. Darüber hinaus leiten starke Magnetfelder der supermassereichen Schwarzen Löcher geladene Materie in diesen Scheiben, die nicht wirklich „in“ das Schwarze Loch fällt, zu den Polen des Hohlraums, von wo aus sie in Form von Jets und Winden, die sich in der Nähe bewegen, herausgeschleudert wird die Lichtgeschwindigkeit.

Beide Prozesse, darunter das Erhitzen von Material in Akkretionsscheiben und das Ausstoßen starker Winde und Jets, führen dazu, dass diese Materie Röntgenstrahlen aussendet.

Durch die Betrachtung dieser Röntgenstrahlen mit XRISM können Wissenschaftler also bestimmen, wie verzerrt die Raumzeit um supermassereiche Schwarze Löcher ist, und so die allgemeine Relativitätstheorie unter den vielleicht extremsten Umständen testen, die man sich vorstellen kann.

Die Durchführung solch grundlegender physikalischer Untersuchungen mit Röntgenstrahlen und jeglicher Hochenergieastronomie erfordert hochentwickelte Technologie, und XRISM ist genau das Richtige.

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Robert Lea ist ein Wissenschaftsjournalist im Vereinigten Königreich, dessen Artikel in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek und ZME Science veröffentlicht wurden. Er schreibt außerdem über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor of Science in Physik und Astronomie von der britischen Open University. Folgen Sie ihm auf Twitter @sciencef1rst.

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