Röntgen- und Gammaastronomie. Beobachtungsinstrumente und Methoden

Transkript

1 Röntgen- und Gammaastronomie Beobachtungsinstrumente und Methoden

2 Gliederung 1. Röntgenastronomie 1.1 allgemeines 1.2 Röntgenlinsen 1.3 Röntgensatelliten (Übersicht) 1.4 XMM-Newton, aktuelle Ergebnisse 2. Gammaastronomie 2.1 allgemeines 2.2 Cerenkov-Effekt und Astronomie 2.3 MAGIC 2.4 Gammasatelliten (Übersicht) 2.5 Integral, aktuelle Ergebnisse

3 1. Röntgenastronomie -1.1 allgemeines Energie: ca kev < 2 kev weiche X-Rays > 2 kev harte X-Rays X-Rays werden von der Atmosphäre absorbiert Quellen: siehe Quellen-Vortrag Methoden zur Beobachtung von X-Rays: Forschungsraketen Ballons (E > 30 kev) Satelliten (heute bei weitem die wichtigste Methode)

4 1. Röntgenastronomie -1.2 Röntgenlinsen das Wolter-Teleskop ist praktisch die einzige Möglichkeit um X-Rays zu bündeln: Es besteht aus parabolischen und hyperbolischen Metalloberflächen an denen die X-Rays reflektiert werden Die Oberflächen müssen extrem glatt sein, da sonst die X-Rays diffus gestreut werden Je mehr Schalen man ineinander schachtelt desto größer ist die effektive Fläche des Teleskops Bis ca. 10 kev sind WolterTeleskope einsetzbar

5 1. Röntgenastronomie -1.2 Röntgenlinsen Es gibt 3 verschiedene Typen von Wolter-Teleskopen: Bei Typ 1 kann man mehrere Schalen ineinander schachteln -> größere Lichtempfindlichkeit Typ 2 und 3 werden nicht für die Astronomie eingesetzt Im Brennpunkt liegt ein X-Ray Detektor (CCD, Microchannel Plate, Calorimeter, etc. ) Der erste Satellit, mit einem Wolterteleskop, Einstein wurde 1978 gestartet

6 1. Röntgenastronomie -1.2 Röntgenlinsen Wolter-Teleskop vom XMM-Newton Satelliten

7 1. Röntgenastronomie -1.3 Röntgensatelliten (Übersicht) Uhuru war der erste Satellit der ein all-sky survay (339 Quellen) gemacht hat Exosat entdeckte X-Ray Pulsare und binäre Sterne Rosat erreichte eine wesentliche Erweiterung der bekannten Quellen (auf ca. 60k), ist die bisher erfolgreichste Mission ASCA ergänzte sich gut mit Rosat Chandra und XMM-Newton sind die heutigen Leistungsträger Integral -> siehe Gamma

8 1. Röntgenastronomie -1.4 XMM-Newton, aktuelle Ergebnisse XMM-Newton wurde 1999 von der Esa ins All geschossen Er hat 3 Wolter-Teleskope mit einer Gesammtfläche von 4300 cm² kev spektrale Bandbreite Brennweite von 7.5 m Auflösung von max. 5 arcsec (14 arcsec sind normal) Im Vergleich zu NASAs Chandra hat XMM ein größeres Sichtfeld aber eine kleinere Ortsauflösung (0.5 arcsec für Chandra)

9 1. Röntgenastronomie -1.4 XMM-Newton, aktuelle Ergebnisse Aktuelle Ergebnisse (Beispiele): Beobachtung von Magnetaren (Sep. 07) X-Rays von der Sternenentstehung (Mai. 07) Lokalisation von Auswürfen (Jets) bei Schwarzen Löchern (April 07)

10 2. Gammaastronomie -2.1 allgemeines Energie: >500 kev Gamma-Rays werden von der Atmosphäre absorbiert und lösen dabei einen Teilchenschauer aus (E> 30 GeV) Quellen: siehe Quellen-Vortrag Methoden zur Beobachtung von Gamma-Rays: Ballons Crenkov-Effekt-Teleskope (E > 30 GeV) Satelliten

11 2. Gammaastronomie -2.2 Cerenkov-Effekt und Astronomie Der Cerenkov-Effekt tritt auf, wenn geladene Teilchen in ein Medium eintauchen indem sie schneller sind als die dortige Lichtgeschwindigkeit Dabei hängt der Winkel der abgegeben Strahlung mit der Teilchenendenergie zusammen: c cosθ= vn Wenn ein hochenergetisches Photon in die Atmosphäre eintritt, dann kommt es zu Elektronenpaarbildung, was zu einem Teilchenschauer (der Cerenkov-Licht abstrahlt) führt:

12 2. Gammaastronomie -2.2 Cerenkov-Effekt und Astronomie Cerenkov-Teleskope (CT) messen UV-Strahlung die von dem (hochenergetischem) Cerenkov-Licht (CL) herrührt Ein Problem ist das CL von Gamma-Rays von dem der Myonen und Cosmischer Strahlung zu unterscheiden (Lösung ist Sterioteleskope zu verwenden) Man kann die Quelle bestimmen indem man mit Einfallswinkel, Stärke und Dauer zurückrechnet (Genauigkeit liegt bei einigen arcsec) Vorteile: großer Beobachtungswinkel (Atmosphäre als Detektor!), relativ billig Nachteile: Auflösungsvermögen ist begrenzt, viel Hintergrundrauschen, erst ab recht hohen Energien CTs: MAGIC H.E.S.S. VERITAS STACEE

13 2. Gammaastronomie -2.2 Cerenkov-Effekt und Astronomie Cerenkov-Teleskope: MAGIC (Kanaren), VERITAS (Arizona), H.E.S.S. (Namibia), STACEE (New Mexico)

14 2. Gammaastronomie -2.2 MAGIC Erbaut 2003, sensitiv für Strahlung von 30 GeV-30 TeV, 236 m² Spiegeloberfläche Detektoren bestehen aus Photomultiplier-Röhren Untersucht AGNs, Supernovas, Gamma-Ray-Bursts,

15 2. Gammaastronomie -2.4 Gammasatelliten (Übersicht) Explorer XI (1961), hat weniger als 100 Photonen gemessen (!) Militärsatelliten entdecken die ersten Gamma-Ray Bursts (1969) SAS-2 (1972), COS-B (1975) (~ 25 Quellen, aber sehr unpräzise) CGRO (1991), all-sky survey 271 Quellen (170 nicht identifiziert) Integral (2002), siehe nächste Seiten Swift (2004), detektiert Gamma-Ray Bursts

16 2. Gammaastronomie -2.5 Integral, aktuelle Ergebnisse Instrumente: SPI, Spektrometer (Ge Detektor) IBIS, coded mask, Gamma-Ray (2-Schicht Detektor CdTe CsI px) JEM-X, coded mask, X-Ray (CCD) OMC, optical Teleskope (CCD) coded mask Instrumente funktionieren wie eine Lochkamera mit vielen Löchern Sensitiv für 4 kev 10 MeV, IBIS hat eine Auflösung von 12 arcmin (Präzision von < arcmin), Sichtfeld von 9 deg

17 2. Gammaastronomie -2.5 Integral, aktuelle Ergebnisse Aktuelle Ergebnisse (Beispiele): Identifikation der Quelle von HESS J als jungen Pulsar (Aug. 07) 60 Aufzeichnung der Fe Linie (Jun. 07) Beobachtung von Cassiopeia A Supernova überresten (Sep. 06)