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XMM-NewtonCarina Fian
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Übersicht
Einführung Mission und Umlaufbahn Aufbau und Funktionsweise Instrumente und Herstellung Ergebnisse der Mission
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Einführung
Allgemeines: Weltraumobservatorium der ESA x-ray multi-mirror → Beobachtungen im
Röntgenbereich
Hauptaufgaben: Erforschung energiereicher Prozesse
(z.B. Materieeinfall in Schwarze Löcher, Entstehung von Sternen)
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Mission und Umlaufbahn
Missionsstart: 10.Dezember 1999 mit der Rakete Ariane 5
Start: Raumfahrtzentrum Guayana in Frankreich
stark exzentrischer Erdorbit 48h Umlaufzeit Bahn größtenteils außerhalb Strahlengürtel
der Erde
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Mission und Umlaufbahn
Perigäum: 7000 km Geschwindigkeit: 24 000km/h Apogäum: 114 000 km Äquatorneigung gegen die Bahnebene: 40° Bahnneigung gegen die Ekliptik: 63°
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Start der Mission
Start des XMM-Newton mit der Rakete Ariane 5:
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Umlaufbahn
XMM-Orbit:
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Umlaufbahn
XMM-Orbit:
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Aufbau
war damals Europa's massereichster Satellit 3.8 Tonnen schwer Tubuslänge: 6.8 Meter Satellit 10 Meter lang Durchmesser der größten Spiegelschale: 70cm
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Aufbau und Funktionsweise
Aufbau:
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Beobachtung im Röntgenbereich
Wellenlängenbereich:
1 Pikometer – 10 Nanometer entspricht Energiebereich:
100eV - einigen MeV
Nachteile bei Röntgenbeobachtungen:
- Erdatmosphäre im Röntgenbereich undurchlässig
- wird stark absorbiert
- wird so gut wie nicht gebrochen
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Beobachtung im Röntgenbereich
man kann daher keine Linsensysteme verwenden
Reflexionswinkel nahe 90° zum Lot auf die Oberfläche → deshalb nur bei streifendem Einfall Ablenkung
man verwendet Teleskope spezielle Bauform:
Wolter-Teleskope 3 verschiedene Typen → für astronomische
Röntgenoptiken verwendet man Typ I
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Beobachtung im Röntgenbereich
nur im Grenzfall der Totalreflexion gelingt Reflexion der Strahlen:
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Wolter-Teleskop Typ I
Tubuslänge besteht aus 2 Spiegeln:
- Parabolspiegel
- Hyperbolspiegel Röntgenphotonen treffen zuerst auf das
Rotationsparaboloid, dann auf das Rotationshyperboloid
Reflexion an den Innenseiten der Spiegelsysteme (bei Typ 1)
Hyperboloid führt Strahlung im Fokus zusammen
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Strahlengang
Strahlengang eines Wolter-Teleskops Typ I:
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Aufbau des Wolter-Teleskops
in einem Teleskop mehrere dieser Spiegelsysteme ineinander geschachtelt
dadurch Vergrößerung der Lichtsammelfläche Die geschachtelten Spiegeloberflächen
bestehen aus dünnen beschichteten Folien.
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Aufbau des Wolter-Teleskops
Vierfach verschachteltes Wolter-Teleskop:
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Wolter-Teleskop Typ I
Wolter-Teleskop Typ 1:
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Aufbau XMM-Newton
3 parallel ausgerichtete Röntgenteleskope 58 dünne Spiegelschalen größere Intensitäten durch verschachtelte
Spiegelsysteme durch hyperbolisches Spiegelsegment
Vergrößerung des Blickfelds (da auch nicht genau achsenparallele Strahlen aberrationsfrei in der Brennebene abgebildet werden)
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Aufbau XMM-Newton
Brennweite: 7.5m gekrümmte Fokalebene im Fokus Detektor effektive Öffnung hängt von Größe und Anzahl
der Spiegelschalen sowie vom
Wellenlängenbereich der Röntgenstrahlung effektive Fläche variiert zwischen 0.6m² und 0.1m²
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Instrumente
3 EPIC-Kameras (European Photon Imaging Camera) → CCD-Kameras, die extrem schwache Röntgenstrahlung registrieren können
befinden sich im Fokus hinter einem Filterrad Aufnahmen im Energiebereich von 0.1-15keV Registrierung der Ankunftszeit für Variabilitätsstudien
mit hoher Zeitauflösung (z.B. variable Röntgenhelligkeit von Galaxien, Pulsare)
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Instrumente
parallel zu Röntgenteleskopen optisches
Teleskop moniert 30cm Spiegeldurchmesser Beobachtung im sichtbaren und ultravioletten
Bereich möglich
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Instrumente
2 Spektrometer 1 zusätzliches Gitterspektrometer wesentlich bessere Energieauflösung im
Bereich von 0.35-2.5keV bei der Untersuchung
heller Röntgenquellen
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Herstellung
Herstellung der Spiegelschalen äußerst
kompliziert Formgenauigkeit < 1 Mikrometer Spiegelschalen bestehen aus Glaskeramik Bedampfung mit dünner Gold- oder
Iridiumschicht insgesamt 200 m² hochfein poliertes Gold
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Ergebnisse
Aufgabenbereiche: detaillierte Röntgenspektroskopie der Korona
anderer Sterne Untersuchungen von heißen Gasen in
Galaxienhaufen Untersuchung der Entwicklung aktiver
galaktischer Kerne
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Ergebnisse
1.Beobachtung:
am 19.Januar 2000 Ausschnitt aus großer
Magellanscher Wolke:
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Ergebnisse
Neueste Entdeckungen: Bericht vom 25.März 2013:(www.astronews.com)
Roter Zwergstern bewegt sich mit sehr hoher um das Massenzentrum des Doppelsystems.
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Ergebnisse
Bericht vom 28.Februar 2013:(www.astronews.com)
Es ist erstmals gelungen, sichere Informationen über das Rotationsverhalten eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie zu gewinnen.
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Ergebnisse
Bericht vom 25.Januar 2013:(www.astronews.com)
Beobachtung eines schnell rotierenden Neutronensterns im Radio- und Röntgenbereich → Änderungen im Abstrahlverhalten im Radiobereich zeigten sich auch in den Röntgendaten.
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Mission
Mission sehr erfolgreich schon 3 Mal verlängert (2005, 2007, 2009) laut Entscheidung im November 2010:
voraussichtliches Missionsende:
31.Dezember 2014
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Quellen
Beobachtende Astronomie II: Astronomie und Astrophysik IV (Mathias Scholz)
ESA: XMM-Newton Science Operations Center
ESA: XMM-Newton SOC Overview
ESA: XMM-Newton A Technical Description
ESA: XMM-Newton Hardware Schematics
MPE: XMM-Newton Homepage
Poster: Beteiligung an Experimenten zur Weltraumastronomie (Arbeitsgruppe Röntgenastronomie; Institut für Astronomie und Astrophysik Tübingen)
Horizon 2000 Science Programme
http://www.astronews.com
http://www.x-ray-optics.de