Europese XMM-satelliet gaat röntgenbronnen in de kosmos analyseren

Europese XMM-satelliet gaat röntgenbronnen in de kosmosanalyseren

Als de lancering van de Ariane 5 in Frans Guyana opvrijdag 10 december zonder problemen verloopt, zal niet alleen inKourou maar ook in De Uithof een zucht van verlichting wordengeslaakt. Aan boord van de Europese satelliet bevindt zich namelijkde hypermoderne X-ray Multi Mirror (XMM)-telescoop die voor eenniet onbelangrijk deel van Utrechtse makelij is. De StichtingRuimteonderzoek Nederland (SRON) is verantwoordelijk voor dit deelvan het project. Doel van de XMM-missie is om het onzichtbarezichtbaar te maken.

Wie denkt dat de fraaie telescoop-opnamen van verremelkwegstelsels een goede indruk geven van wat zich zoal in dekosmos afspeelt, vergist zich. Niet meer dan tien procent van allematerie in het universum zendt straling uit in het golflengtebereikdat wij als zichtbaar licht waarnemen. Maar dat wil niet zeggen datde donkere delen van de kosmos leeg zijn. Integendeel. Er moetenzich daar onvoorstelbare gasmassa's bevinden met temperaturen vanvele tientallen miljoenen graden, die straling uitzenden met zoveelenergie dat die de aarde niet bereikt als zichtbaar licht - zoalsdat bij sterren het geval is - maar als niet zichtbareröntgenstraling. Röntgenstraling is namelijk nietwezenlijk anders dan zichtbaar licht. Het heeft alleen een veelhogere energie en een zo kleine golflengte dat het niet zichtbaaris. Ook zichtbare objecten in het heelal kunnen soms zo heet wordendat zij röntgenstraling gaan uitzenden.

Kort na de tweede wereldoorlog ontdekten sterrenkundigen dat dezon röntgenstraling uitzendt. Maar pas toen in 1962 bij toevaleen röntgenbron buiten ons zonnestelsel werd ontdekt, begonnende astronomen het uitzonderlijke belang van deze vondst teonderkennen. Kennelijk ging achter het zichtbare heelal een enormonzichtbaar universum schuil van gloeiendhete materie, die alleenmet röntgenapparatuur kon worden 'waargenomen'. Rond 1970ontwikkelde zich daarom naast de 'traditionele' sterrenkunde eengeheel nieuwe vorm van astronomie, de röntgensterrenkundewaarmee astronomen meer inzicht hoopten te krijgen in de tachtigtot negentig procent van de kosmos waarvan nog vrijwel niets bekendwas.

Chandra

De eerste opgave was uiteraard om zoveel mogelijk bronnen vanröntgenstraling in kaart te brengen. Daarvoormoest dedampkring worden verlaten, want in tegenstelling tot zichtbaarlicht en de laag-energetische radiogolven die door koele objectenworden uitgezonden, wordt vrijwel alle röntgenstraling door dedampkring geabsorbeerd. Maar goed ook, want onder een permanentbombardement van hoog-energetische röntgenfotonen zou leven opaarde ondenkbaar zijn.

Om de kosmische röntgenstraling toch te kunnen metenlanceerde de NASA in 1970 de Uhuru-satelliet, die dat jaar 339röntgenbronnen in kaart bracht. Dankzij een groot aantalvervolgmissies is dat aantal inmiddels opgelopen tot rondhonderdduizend. Maar niet alleen vormt dat imposante getal nog maareen fractie van wat zich in de ruimte aan röntgenbronnen moetbevinden, bovendien willen sterrenkundigen ook graag weten hoe dematerie die die straling uitzendt precies is samengesteld. Delancering van de XMM heeft dan ook naast het opsporen van nieuweröntgenbronnen als voornaamste doel om zo'n tienduizendbekende bronnen nader te analyseren.

Eerder dit jaar lanceerde de NASA de Chandra-satelliet die ooktot doel heeft om röntgenbronnen op te sporen. Voeg daar nogde Japanse Astro-E satelliet bij die volgend jaar aan zijn missiebegint, en het is duidelijk dat de komende tien jaar voor eenbelangrijk deel in het teken zullen staan van de exploratie van hetonzichtbare heelal.

Een van de grote mysteries, waarop XMM licht moet gaan werpen,is de zogenoemde 'donkere materie' die zich tussen clusters vansterrenstelsels moet bevinden. Dat hebben sterrenkundigen althansafgeleid uit het feit dat die clusters bijeen worden gehouden doorzwaartekrachtvelden die zo sterk zijn dat hun kracht niet verklaardkan worden uit de massa van de tot nu toe bekende materie. Er moetzich in het heelal dus een enorme hoeveelheid massa ophouden dienooit is waargenomen, en die bij gebrek aan een betere naam debenaming 'donkere materie' heeft meegekregen.

Gaswolken

Tijdens een persconferentie sprak SRON-directeur prof.dr.ir. J.Bleeker de verwachting uit dat de XMM-missie nieuwe kennis zalopleveren over de aard van die donkere materie en daarmee over demanier waarop de kosmos in de loop van de geschiedenis isgeëvolueerd. "Juist voor dat doel is de XMM ideaal. Detelescoop in de Chandra-satelliet maakt weliswaar scherpereafbeeldingen, maar kan alleen straling uit zogenoemde'puntbronnen', zoals sterren, registreren. De hete gaswolken in dekosmos zijn te groot voor Chandra en juist op dat gebied hebben wijmet XMM een prachtig instrument tot onze beschikking. XMM isgevoeliger dan Chandra en ziet daardoor meer in omgevingen waarsprake is van hoge energieën. Omdat juist in diegebieden nogveel mankeert aan onze kennis van de kosmos, zijn wij enormbenieuwd wat XMM ons de komende jaren gaat openbaren. Als delancering goed verloopt, zal dat echt een prachtig kerstcadeau zijnvoor astronomen."

Erik Hardeman

Golden eyes

De XMM is uitgerust met tal van technische hoogstandjes waarvande 174 in elkaar passende gouden spiegels ongetwijfeld het meestspectaculaire onderdeel vormen. Omdat röntgenstraling alleenwordt weerkaatst door metalen oppervlakken wanneer de stralingdaarop onder een zeer kleine hoek invalt, is de XMM voorzien vandrie telescopen met elk 58 spiegels die als een set pannen inelkaar passen. Ondanks dat de spiegels zelf maar 60 centimer langen maximaal 70 centimeter breed zijn, heeft XMM een totaalspiegelend oppervlak van in totaal 120 vierkante meter, dat wilzeggen bijna twee voetbalvelden. De spiegels die bestaan uit eenondergrond van nikkel waarop een flinterdunne goudlaag isaangebracht, weerkaatsen in totaal zo'n zestig procent van deinvallende röntgenstraling. Achter elke telescoop bevindt zicheen röntgencamera die de straling 'vertaalt' in opnamen van deröntgenhemel met een scherpte die vergelijkbaar is met hetzien van een dubbeltje op 350 meter afstand.

Naast het identificeren van nieuwe röntgenbronnen is hetdoel van de Europese missie ook om meer informatie te verschaffenover de aard van al bekende bronnen. De grote vraag was tot nu toehoe dat te doen. Bij zichtbare objecten - zoals sterren - wordenvoor dat doel spectrometers gebruikt, die het sterrenlicht via eenprisma uiteenrafelen in zijn bestanddelen. Zo'n spectrum vangolflengtes vormt als het ware een vingerafdruk van de lichtbron,die inzicht verschaft in de chemische samenstelling, de snelheid ende temperatuur ervan. Ook röntgenastronomen zouden graag eendergelijke vingerafdruk van hun objecten maken, maar een probleemmet röntgenstraling is dat een prisma daarop geen vatheeft.

Om dit probleem te ondervangen hebben onderzoekers van de inUtrecht gevestigde Stichting Ruimteonderzoek Nederland (SRON) nueen speciale tralievormige spectrometer ontworpen, waarmeeröntgenstraling wél in zijn onderdelen kan wordenontleed. Deze Reflection Grating Spectrometer, die ook al werdingebouwd in de begin dit jaar gelanceerde AmerikaanseChandra-satelliet, zorgt ervoor dat de röntgenstraling schuinop een set van 182 reflectietralies valt. Die setmaakt gebruik vanhet golfkarakter van de röntgenstraling en produceert hetgewenste spectrum van de röntgenbron, waardoor sterrenkundigenstraks voor het eerst ook inzicht hopen te krijgen in de nu nogonbekende samenstelling van de hete componenten van de kosmos.

Tenslotte is de XMM ook nog voorzien van een telescoop die hetzichtbare deel van de straling omzet in beelden, zodat de gevondenröntgenbron naadloos kan worden gesitueerd in het waargenomenkosmische object.