Athena beantwortet diese Fragen durch die Kombination von ortsaufgelöster Röntgenspektroskopie mit tiefen, großflächigen und energieaufgelösten Röntgenaufnahmen, deren Performance weit über das hinausgeht, was vorhandene Röntgen-Observatorien leisten können. Für die Entwicklung einer Mission, die diese Fragen beantworten kann, musste ein internationales Astronomenteam, zu dem auch Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, der Universität Bonn und anderen Instituten, zuerst spezifische Beobachtungstests formulieren.

Extrem massereiche Schwarze Löcher müssen auch in undurchsichtigen Umgebungen sichtbar gemacht werden, selbst in der Frühphase des Universums; die Zu-und Abflüsse von Materie und Energie müssen verfolgt werden, während die Schwarzen Löcher wachsen. Um mehr über das Wachstum der kosmischen Strukturen zu erfahren, brauchen die Wissenschaftler eine Kartierung des heißen Gases im Universum – speziell des Gases in Galaxienhaufen und -gruppen und des intergalaktischen Mediums – samt einer Bestimmung seiner physikalischen Eigenschaften und Informationen über die Evolution im Verlauf der kosmischen Zeit.

"Athena wird unsere Sicht auf Schwarze Löcher und kosmische Strukturen, die mit Millionen Grad heißem Gas gefüllt sind, revolutionieren. Wir benötigen das, um ein ganzheitliches Bild des beobachtbaren Universums zu bekommen", sagte MPE-Direktor Paul Nandra, Sprecher für das Thema des heißen und energiereichen Universums und leitender Wissenschaftler für den Vorschlag der Athena-Mission.

Eine detaillierte Analyse der wissenschaftlichen Fragen, die dem Thema des heißen und energiereichen Universums zugrunde liegen, lieferte dem Team die wichtigsten Leistungsparameter für die Mission. Athena braucht ein Röntgenteleskop mit einer beispiellos großen Sammelfläche von zwei Quadratmetern bei einer Energie von einem Kiloektronvolt, das eine ausgezeichnete Winkelauflösung von fünf Bogensekunden und ein weites Sichtfeld kombiniert.

Das Teleskop konzentriert die Röntgenphotonen auf eines von zwei Instrumenten, die mit Hilfe einer beweglichen Instrumentenplattform in die Brennebene bewegt werden können. Das erste Instrument, die X-ray Integral Field Unit, bietet ortsaufgelöste hochauflösende Spektroskopie. Das zweite Instrument ist der Wide Field Imager, ein Detektor auf Siliziumbasis mit DEPFET Active Pixel Sensor-Technologie, der am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik entwickelt wurde. Die Kamera liefert sowohl eine große Himmelsabdeckung als auch eine hohe Zeitauflösung von etwa zehn Mikrosekunden sowie hohe Zählraten.

"Die Synthese dieser Eigenschaften macht das WFI zu einem extrem leistungsfähigen Instrument, mit dem wir tiefe Aufnahmen für schwache Quellen hundert Mal effizienter durchführen können als das bisher möglich war. Gleichzeitig werden wir in der Lage sein, die hellsten Röntgenquellen am Himmel zu untersuchen", führt der WFI-Projektwissenschaftler Arne Rau aus.

Athena wird als Observatorium betrieben werden, auf das alle Nutzer im Rahmen eines offenen "Call for Proposals" zugreifen können. Damit kann es für breite Palette von Fragen der Wissenschaft quer über die gesamte Astrophysik eingesetzt werden. Mit der Auswahl der Athena-Mission für einen Start im Jahr 2028 ist eine Transformation in unserem Verständnis des heißen und energetischen Universums garantiert. Daneben stellt es eine essentielle Ergänzung zu anderen Observatorien in diesem Zeitrahmen dar, die in anderen Wellenbereichen Daten sammeln.

MPE / Red.