Die Geheimnisse der Schwarzen Löcher: Lernen Sie NuSTAR kennen, die neue Röntgenmission der NASA

Das neue Weltraumteleskop wird Schwarze Löcher und ihre Macht über die sie umgebenden Objekte untersuchen.

In nur einer Stunde wird die NASA eine neue Raumsonde, NuSTAR, in eine Umlaufbahn um die Erde bringen. Von seiner Position in der Umlaufbahn über dem Äquator aus wird NuSTAR Daten über hochenergetische Röntgenstrahlen sammeln, die uns helfen, die Physik von Schwarzen Löchern und ihre Auswirkungen auf den sie umgebenden Raum besser zu verstehen. Die ersten Bilder sollen in nur zehn Tagen durch ein Weltraumzentrum in Malindi, Kenia, zur Erde gesendet werden.

Gestern habe ich mit Fiona Harrison, der leitenden Ermittlerin der Mission, darüber gesprochen, was sie hofft, dass NuSTAR erreichen wird und wie es sich anfühlt, das Produkt von mehr als einem Jahrzehnt Arbeit in den Weltraum zu schicken.

Warum beginnen wir nicht damit, dass Sie mir von der Entstehung der Mission erzählen und wie Sie sich für Schwarze Löcher interessierten?

Harrison: Ich dachte wirklich nicht daran, Astrophysiker zu werden, bis ich in der Graduiertenschule war. Ich habe Physik in Berkeley studiert und dachte, ich würde etwas sehr Praktisches machen, wie Festkörperphysik, wo Sie Materialien für elektronische Geräte und ähnliches entwickeln. Ich habe angefangen zu recherchieren und es hat mich einfach nicht gefesselt.

Zu dieser Zeit baute ein Fakultätsmitglied in Berkeley ein Instrument zur Untersuchung von Schwarzen Löchern, das sich jetzt auf einem europäischen Satelliten befindet, und etwas daran war so faszinierend. Ich war einfach süchtig nach der Idee, diese exotischen und interessanten Phänomene im Universum zu verstehen. Für meine Dissertation baute ich ein Röntgenteleskop für ein Ballonexperiment und stellte fest, dass die Empfindlichkeit - die Klarheit der Bilder, die es machen konnte, die Art von Objekten, die es untersuchen konnte - wirklich begrenzt war.

Ich ging zu CalTech und begann, mit einem Team von Leuten zusammenzuarbeiten, um eine neue Art von fokussierendem Hochenergieteleskop zu entwickeln – ein Teleskop, das viel tiefer gehen und viel bessere Bilder des Kosmos machen könnte.

Wann hat sich diese Arbeit zur NuSTAR-Mission entwickelt?

Harrison: Wir haben die Technologien vor etwa 15 Jahren entwickelt, aber erst vor sechs Jahren haben wir wirklich ernsthaft damit begonnen, NuSTAR als Weltraummission zu entwickeln.

Können Sie sagen, wie sich dies mit dem Chandra-Weltraumteleskop der NASA und anderen Methoden vergleichen lässt, in denen wir Röntgenstrahlen im Universum untersucht haben?

Harrison: Sicher. Wenn wir uns das Röntgenspektrum in niederenergetische Röntgenstrahlung und hochenergetische Röntgenstrahlung zerlegt vorstellen, sind das Chandra-Observatorium und andere empfindliche Teleskope wie XMN-Newton der ESA , haben sie das Universum in niederenergetischer Röntgenstrahlung beobachtet. NuSTAR wird das erste Teleskop sein, das empfindliche Bilder im hochenergetischen Röntgenbereich macht. Hochenergetische Röntgenstrahlen werden von einem Arzt oder Zahnarzt verwendet, um Ihre Haut zu durchdringen und Ihre Zähne oder Ihre Knochen abzubilden. Sie sind sehr durchdringend; sie können viel Staub und Gas [im Weltraum] durchdringen. Auf diese Weise werden wir in der Lage sein, Objekte zu sehen, die bei niederenergetischen Röntgenwellenlängen oder optischem (sichtbarem) Licht nicht sichtbar sind. Außerdem werden wir in der Lage sein, Regionen zu untersuchen, in denen Teilchen sehr nahe an Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, sehr heiße Regionen, sehr nahe an Schwarzen Löchern. All dies wird also auf einzigartige Weise im Hochenergie-Röntgenband untersucht.

Eines der Dinge, die mich wirklich begeistern, ist, dass wir durch die Zusammenarbeit mit Chandra und XMN-Newton und gleichzeitiger Betrachtung derselben Objekte das gesamte Röntgenspektrum abdecken und Informationen erhalten, auf die wir sonst keinen Zugriff hätten mit nur einem Teleskop allein.

Auf welche Regionen des Weltraums oder auf bestimmte Objekte freuen Sie sich und warum?

Harrison: Für mich ist das Studium von Schwarzen Löchern und anderen sogenannten kompakten Objekten am spannendsten. Die Schwarzen Löcher selbst emittieren kein Licht; kein Licht kann aus dem Ereignishorizont entweichen. Aber Schwarze Löcher leben nicht isoliert – sie leben in Galaxien, wo es Staub und Gas gibt und ihre Schwerkraft Staub und Gas anzieht. Wenn sie auf das Schwarze Loch fallen, werden sie durch Reibung erhitzt, bis es sehr heiß wird. Die innersten Regionen in der Nähe des Schwarzen Lochs – nur wenige Male so groß wie der Ereignishorizont – emittieren sehr stark im hochenergetischen Röntgenband. In diesen Bereichen werden Teilchen sehr nahe an Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.

Eines der Dinge, auf die ich mich wirklich freue, ist, dass wir durch die Zusammenarbeit mit XMN-Newton und die Betrachtung dieser inneren Regionen um Schwarze Löcher tatsächlich in der Lage sein werden, die Umlaufbahnen von Atomen zu verfolgen, kurz bevor sie für immer verschwinden und vom Schwarzen gefressen werden Loch, und sehen Sie, wie diese Bahnen durch die starke Gravitation, durch die Krümmung in der Raumzeit, stark verzerrt werden. Wenn also das Material darauf fällt, organisiert es sich normalerweise zu einer Scheibe, wir sehen diese Scheibe – anstatt wie ein Pfannkuchen auszusehen – ist alles irgendwie auf sich selbst gefaltet und wir sehen diese Flugbahnen als stark verzerrt. Dadurch können wir beispielsweise messen, wie schnell sich das Schwarze Loch dreht.

Eine andere Sache ist, dass wir früher dachten, Schwarze Löcher seien exotisch und selten, aber heute wissen wir, dass jede massereiche Galaxie ein massereiches Schwarzes Loch in ihrem Herzen hat. Es stellt sich heraus, dass diese Schwarzen Löcher – die einst als interessant, aber unwichtig für die Zusammensetzung des Kosmos galten – die Art und Weise beeinflussen, wie sich Galaxien und Sterne bilden, weil sie so viel Energie in die Galaxien pumpen.

Und gibt es ein Schwarzes Loch, das für Sie besonders interessant ist?

Harrison: Leider haben sie keine sehr fesselnden Namen, aber das eine System, auf das ich mich freue, hat den sexy Namen MCG 6-30-15. Es wird postuliert, dass es sich sehr schnell dreht. Und wenn wir die Daten bekommen, die uns beweisen, dass das stimmt, werden wir etwas darüber sagen, wie diese massiven Schwarzen Löcher wachsen.

Wie fühlen Sie sich am Vorabend der Markteinführung? Wie war die Vorbereitung auf den Launch für Sie?

Harrison: Nun, es war nur ... die letzten Wochen, vor dem Start, habe ich versucht, nicht zu viel darüber nachzudenken, weil man sonst nachts wach liegt und sich Sorgen macht. Es ist, als würde man sein Kind zum ersten Mal zur Schule oder aufs College schicken. Aber es ist unglaublich. Es gibt kein Gefühl dafür. Wir haben so hart gearbeitet und das Team hat so hart gearbeitet und so einen großartigen Job gemacht. Und es soll Wirklichkeit werden. Wir sind dabei, diese großartigen Bilder zu bekommen und dieses neue Fenster zum Universum zu öffnen. Es ist wunderbar.

Dieses Interview wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit gekürzt und bearbeitet.