Wissen: Röntgenauge für Schwarze Löcher

Viele der gewaltigsten Objekte im Universum sind für das menschliche Auge unsichtbar: Schwarze Löcher, aktive Galaxienkerne und Reste explodierter Sonnen machen sich vor allem im Röntgenlicht bemerkbar. Ein Weltraumteleskop der US-Raumfahrtbehörde Nasa soll ein neues Fenster in diesen energiereichen Kosmos öffnen. Der Start des Röntgenobservatoriums „Nustar“ ist für Mittwoch, den 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 in Pasadena. Sie hat die Mission vor 20 Jahren ersonnen.

„Nustar“ (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) öffnet den Blick der Astronomen für harte, besonders energiereiche Röntgenstrahlung. Sie gleicht der Strahlung, mit der Ärzte Knochen oder Zähne durchleuchten. Damit schließt das Teleskop eine Lücke zwischen den 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 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.

Mit 165 Millionen Dollar (131 Millionen Euro) ist Nustar 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 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 kühlschrankgroße Satellit im Erdorbit einen fast zehn Meter langen Turm entfalten. Geht alles gut, erwarten die Forscher fundamentale Einblicke.

„Es ist ähnlich wie mit Galileo, der als Erster Licht mit seinem Fernrohr fokussiert hat“, erläutert der 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 zu untersuchen.“ So soll Nustar die erste systematische Bestandsaufnahme Schwarzer Löcher liefern. „Wir glauben, dass zwei von drei Schwarzen Löchern verborgen sind“, erläutert Stern. Gas und Staub verdecken sie. Von dem Weltraumteleskop erhoffen sich die Astronomen auch Einblicke in die Entstehung dieser Phänomene.

Außerdem soll Nustar untersuchen, wie explodierende Sonnen die chemischen Elemente schmieden, aus denen Planeten, Bäume, Tiere und Menschen bestehen. Und es soll in die heiße Außenschicht unserer Sonne blicken. Auch hier hoffen die Forscher auf eine Erklärung dafür, was die Korona auf Millionen Grad aufheizt. Darüber hinaus rechnen die Astronomen mit Überraschungen. „Am aufregendsten ist, dass wir vielleicht Dinge sehen, die unerwartet sind“, sagt Stern.