Bildunterschrift: Künstlerische Darstellung des umlaufenden Gammastrahlen-Observatoriums Integral der ESA. Bildnachweis: ESA
Integral, das International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory der ESA, wurde diese Woche vor zehn Jahren eröffnet. Dies ist ein guter Zeitpunkt, um auf einige der Höhepunkte des ersten Jahrzehnts der Mission zurückzublicken und in die Zukunft zu blicken, um die Details des empfindlichsten, genauesten und fortschrittlichsten Gammastrahlen-Observatoriums zu untersuchen, das jemals gestartet wurde. Aber die Mission hat in letzter Zeit auch einige spannende Forschungen zu einem Supernova-Überrest durchgeführt.
Integral ist eine wahrhaft internationale Mission, an der sich alle Mitgliedsstaaten der ESA und der Vereinigten Staaten, Russlands, der Tschechischen Republik und Polens beteiligen. Es startete am 17. Oktober 2002 von Baikonur, Kasachstan. Es war das erste Weltraumobservatorium, das gleichzeitig Objekte in Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und sichtbarem Licht beobachtete. Gammastrahlen aus dem Weltraum können nur über der Erdatmosphäre nachgewiesen werden, daher umkreist Integral alle drei Tage die Erde in einer stark elliptischen Umlaufbahn und verbringt die meiste Zeit in einer Höhe von über 60.000 Kilometern – weit außerhalb der Strahlungsgürtel der Erde, um Interferenzen von zu vermeiden Hintergrundstrahlungseffekte. Es kann Strahlung von weit entfernten Ereignissen und von Prozessen erkennen, die das Universum formen. Seine Hauptziele sind Gammastrahlenausbrüche, Supernova-Explosionen und Regionen im Universum, von denen angenommen wird, dass sie Schwarze Löcher enthalten.
5 Meter hoch und über 4 Tonnen schwer Integral besteht aus zwei Hauptteilen. Das Servicemodul ist der untere Teil des Satelliten, der alle Subsysteme des Raumfahrzeugs enthält, die zur Unterstützung der Mission erforderlich sind: die Satellitensysteme, einschließlich Solarstromerzeugung, Stromkonditionierung und -steuerung, Datenverarbeitung, Telekommunikation und Wärme-, Lage- und Bahnsteuerung. Das Nutzlastmodul ist auf dem Servicemodul montiert und trägt die wissenschaftlichen Instrumente. Es wiegt 2 Tonnen und ist damit das schwerste, das jemals von der ESA in eine Umlaufbahn gebracht wurde, da die Detektoren eine große Fläche benötigen, um spärliche und durchdringende Gammastrahlen einzufangen und die Detektoren vor Hintergrundstrahlung abzuschirmen, um sie empfindlich zu machen. Es gibt zwei Hauptinstrumente, die Gammastrahlen erkennen. Ein Imager, der einige der schärfsten Gammastrahlen-Bilder erzeugt, und ein Spektrometer, das die Gammastrahlen-Energien sehr genau misst. Zwei weitere Instrumente, ein Röntgenmonitor und eine optische Kamera, helfen bei der Identifizierung der Gammastrahlenquellen.
Während seiner zehnjährigen Mission hat Integral den zentralen Bereich unserer Milchstraße, den Galaktischen Bulge, der reich an variablen hochenergetischen Röntgen- und Gammastrahlenquellen ist, ausführlich kartiert. Die Raumsonde hat zum ersten Mal den gesamten Himmel mit der spezifischen Energie kartiert, die durch die Vernichtung von Elektronen mit ihren Positronen-Antiteilchen entsteht. Laut der von Integral beobachteten Gammastrahlung werden in der Nähe des Galaktischen Zentrums jede Sekunde etwa 15 Millionen Billionen Billionen Billionen Elektronen- und Positronenpaare vernichtet, das ist mehr als die sechstausendfache Leuchtkraft unserer Sonne.
Cygnus X-1, ein Schwarzer-Loch-Doppelstern, ist derzeit dabei, einen Begleitstern in Stücke zu reißen und sein Gas zu fressen. Integral untersuchte diese extrem heiße Materie nur eine Millisekunde, bevor sie in den Rachen des Schwarzen Lochs stürzt, und entdeckte, dass ein Teil davon entlang strukturierter magnetischer Feldlinien entweichen könnte. Durch die Untersuchung der Ausrichtung der Wellen hochenergetischer Strahlung, die aus dem Krebsnebel stammt, stellte Integral fest, dass die Strahlung stark auf die Rotationsachse des Pulsars ausgerichtet ist. Dies impliziert, dass ein erheblicher Teil der Teilchen, die die intensive Strahlung erzeugen, von einer extrem organisierten Struktur in unmittelbarer Nähe des Pulsars stammen muss, vielleicht sogar direkt von den starken Jets, die aus dem sich drehenden Sternkern ausstrahlen.
Erst heute berichtete die ESA, dass Integral den ersten direkten Nachweis von radioaktivem Titan im Zusammenhang mit Supernova-Überresten 1987A durchgeführt hat. Die Supernova 1987A, die sich in der Großen Magellanschen Wolke befindet, war im Februar 1987, als ihr Licht zum ersten Mal die Erde erreichte, nahe genug, um mit bloßem Auge gesehen zu werden. Supernovae können aufgrund der enormen Energiemenge, die bei der Explosion freigesetzt wird, für kurze Zeit so hell wie ganze Galaxien leuchten, aber nach dem Abklingen des ersten Blitzes stammt die gesamte Leuchtkraft aus dem natürlichen Zerfall der bei der Explosion entstandenen radioaktiven Elemente. Der radioaktive Zerfall könnte die glühenden Überreste um Supernova 1987A in den letzten 20 Jahren angetrieben haben.
Während der Spitze der Explosion wurden Elemente von Sauerstoff bis Kalzium nachgewiesen, die die äußeren Schichten der Ejekta darstellen. Bald darauf konnten im radioaktiven Zerfall von Nickel-56 zu Kobalt-56 und seinem anschließenden Zerfall zu Eisen-56 Signaturen des Materials aus den inneren Schichten gesehen werden. Jetzt, nach mehr als 1000 Stunden Beobachtung durch Integral, wurden zum ersten Mal hochenergetische Röntgenstrahlen von radioaktivem Titan-44 im Supernova-Überrest 1987A entdeckt. Es wird geschätzt, dass die Gesamtmasse von Titan-44, die kurz nach dem Kernkollaps des Vorläufersterns von SN1987A produziert wurde, 0,03% der Masse unserer eigenen Sonne betrug. Dies ist nahe der Obergrenze der theoretischen Vorhersagen und fast doppelt so viel wie im Supernova-Überrest Cas A, dem einzigen anderen Überrest, in dem Titan-44 nachgewiesen wurde. Es wird angenommen, dass sowohl Cas A als auch SN1987A Ausnahmefälle sein können
Christoph Winkler, Integral Project Scientist der ESA, sagt: „Zukünftige Wissenschaft mit Integral könnte die Charakterisierung hochenergetischer Strahlung einer Supernova-Explosion in unserer Milchstraße beinhalten, ein Ereignis, das längst überfällig ist.“
Erfahren Sie mehr über Integral Hier
und über Integrals Studie von Supernova 1987A Hier