Photonen auf den Punkt gebracht

Kategorie: Forschung

Die beiden HORUS-Teleskope, nebeneinander eingebaut in die Vakuum-Testkammer des Max-Plack Instituts für extraterrestrische Physik, warten auf das „First Light Event“. (Foto: MPE/PANTER)

„First Light Event“: Das erste - noch unfokussierte - Röntgenlicht, welches vom Aschaffenburger HORUS-Teleskop aufgesammelt wurde. (Foto: MPE/PANTER)

Der Schattenwurf der beiden HORUS-Teleskope im Röntgenlicht. Jeder einzelne Punkt repräsentiert dabei ein von der CCD-Spezialkamera detektiertes Röntgenphoton. Die helleren Lichtkreuze zeigen bereits fokussierte Röntgenstrahlung. (Foto: MPE/PANTER)

Per Video-Liveschaltung verfolgte das Aschaffenburger Forscherteam die Messungen im Kontrollraum der PANTER-Testanlage. (Foto: TH Aschaffenburg)

Erfolgreiche Messkampagne von innovativem Aschaffenburger Röntgenteleskop in der Testanlage des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik


Im Aschaffenburger Kompetenzzentrum ACCASI („Aschaffenburg Competence Center for Astronomical and Space Instrumentation“) werden seit einigen Jahren astronomische Röntgenoptiken entwickelt. Im Rahmen einer bayerisch-tschechischen Kooperation zwischen der TH Aschaffenburg und der Technischen Universität Prag entstanden nun zwei mechanisch baugleiche Teleskope, HORUS genannt. Dabei wurde eine Teleskopoptik mit „klassischen“ goldbeschichteten Spiegeln bestückt, hergestellt von den tschechischen Projektpartnern. Die 34 Röntgenspiegel des zweiten Teleskops verwenden ein innovatives Schichtsystem aus Chrom und Iridium, welches im Aschaffenburger Beschichtungslabor aufgebracht wurde. Beide Teleskope funktionieren nach dem bionischen Prinzip eines reflektierenden Hummerauges, abgeschaut aus der Natur. Die Namensgebung der Zwillingsteleskope leitet sich von dem ägyptischen Gott HORUS ab, welcher laut Legende ein silbernes Mond-Auge und ein goldenes Sonnen-Auge besitzt. 

„First Light“: Erfolgreicher Start der Messungen
Am 8. März 2021 sahen die Spiegel des Aschaffenburger HORUS-Teleskops zum erstem Mal Röntgenlicht, ein Ereignis welches als „First Light“ bezeichnet und entsprechend gefeiert wird. In Zeiten der Corona-Pandemie konnten die Aschaffenburger Wissenschaftler hierbei leider nicht direkt vor Ort anwesend sein, sie waren über eine Videokonferenz-Standleitung direkt in den Kontrollraum der Testanlage zugeschaltet. So freute sich das Team um Professor Dr. Thorsten Döhring aus der nordbayerischen Ferne über eine gelungene Messkampagne und tolle Ergebnisse.
Während der Testkampagne von 195.441 Sekunden Dauer (ca. 54 Stunden) wurden 536 Einzelmessungen an den beiden Teleskopen durchgeführt, bei denen Photonenenergien und Einfallswinkel variiert wurden. Von einer empfindlichen CCD-Kamera, einem Prototyp der eROSITA-Satellitenkamera, wurden hierbei insgesamt 11.153.574 Röntgenphotonen individuell detektiert, analysiert und digital verarbeitet.

Neuartige Spiegelbeschichtungen bis zu 30% effektiver
Die beiden Weitwinkel-Röntgenteleskope haben nach einer vorläufigen „Hochrechnung“ eine Winkelauflösung von circa 4 Bogenminuten und eine Brennweite von rund zwei Metern. Im direkten Vergleich mit dem goldbeschichteten Teleskopmodul bringen die neuartigen Chrom-Iridium-Spiegelbeschichtungen aus Aschaffenburg in einigen Energiebereichen das Röntgenlicht bis zu 30% effektiver auf den Fokuspunkt. Die umfangreichen Messdatensätze werden in den nächsten Wochen nun noch detailliert ausgewertet – eine spannende (und arbeitsreiche) Aufgabe für die beteiligten Bachelor- und Masterstudierenden aus Aschaffenburg. 

Simulation in Röntgentestanlage des Max-Plack-Instituts für extraterrestrische Physik 
Die umfangreiche Charakterisierung der beiden HORUS-Teleskope erfolgte  an der Röntgentestanlage PANTER des Max-Plack-Instituts für extraterrestrische Physik. Dies ist eine beeindruckende Vakuumröhre mit einer Länge von 120 Metern, die Messungen selbst fanden in einer daran angebauten 12 Meter langen Vakuumkammer von 3,5 Metern Durchmesser statt. Die Testanlage simuliert parallel einfallendes Sternenlicht auf die Teleskope, wobei hier die Strahlung „lediglich“ aus einer Röntgenquelle in 120 Metern Abstand stammt und nicht von heißen Riesensternen in Entfernungen von Hunderten Lichtjahren. Auf der Erde wird solche Strahlung übrigens von der Atmosphäre verschluckt, der Flug der Röntgenphotonen durch Raum und Zeit braucht das Vakuum des Weltalls oder eben eine solche Vakuumanlage. Normalerweise werden in der PANTER-Testanlage Satelliten der europäischen Raumfahrtagentur ESA vermessen, oder Astronomieoptiken aus Japan, China und den USA – diesmal aber die beiden Teleskope aus Aschaffenburg und Prag.