Het ruimtevaartuig Einstein Probe van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) is klaar om gelanceerd te worden in januari van 2024. Deze missie, die is uitgerust met een nieuwe generatie röntgeninstrumenten met een hoge gevoeligheid en een zeer breed gezichtsveld, zal de hemel in kaart brengen en op jacht gaan naar krachtige uitbarstingen van röntgenlicht afkomstig van mysterieuze hemellichamen zoals neutronensterren en zwarte gaten. Einstein Probe is een samenwerking onder leiding van CAS met de Europese ruimtevaartorganisatie ESA en het Max Planck Instituut voor buitenaardse fysica (MPE), Duitsland.
In ruil voor de bijdrage aan de ontwikkeling van deze missie en het definiëren van de wetenschappelijke doelen, krijgt ESA toegang tot 10% van de gegevens die worden gegenereerd door de waarnemingen van de Einstein Probe. "Dankzij het innovatieve ontwerp kan de Einstein Probe in één oogopslag grote delen van de hemel in de gaten houden. Zo kunnen we veel nieuwe bronnen ontdekken en tegelijkertijd het gedrag van röntgenlicht van bekende hemellichamen over lange tijdsperioden bestuderen," zegt Erik Kuulkers, ESA-projectwetenschapper voor de Einstein Probe. "De kosmos is ons enige laboratorium om hoogenergetische processen te onderzoeken. Missies zoals Einstein Probe zijn essentieel om ons begrip van deze processen te vergroten en meer te leren over de fundamentele aspecten van hoge-energiefysica."
Een waakzaam oog op de röntgenhemel
In tegenstelling tot de sterren die 's nachts aan onze hemel staan en betrouwbaar de sterrenbeelden vormen, zijn de meeste kosmische objecten die in röntgenstraling schijnen, zeer variabel. Deze worden voortdurend helderder en donkerder, en in veel gevallen verschijnen deze kortstondig voordat deze voor langere tijd verdwijnen (dan heten deze voorbijgaand) of zelfs voorgoed. Röntgenlicht van astronomische bronnen wordt aangedreven door tumultueuze kosmische gebeurtenissen en is zeer onvoorspelbaar. Toch bevat het fundamentele informatie over enkele van de meest raadselachtige objecten en verschijnselen in ons heelal. Röntgenstraling wordt geassocieerd met botsingen van neutronensterren, de explosies van supernova's, materie die op zwarte gaten of ultracompacte sterren valt, of hoogenergetische deeltjes die worden uitgespuwd vanuit schijven van brandend materiaal die rond zulke exotische en mysterieuze objecten cirkelen.
Einstein Probe zal ons inzicht in deze kosmische gebeurtenissen verbeteren door nieuwe bronnen te ontdekken en de variabiliteit van objecten die in röntgenstraling schijnen overal aan de hemel te volgen. Het routinematig opsporen van nieuwe röntgenbronnen is van fundamenteel belang om meer inzicht te krijgen in de oorsprong van zwaartekrachtgolven. Wanneer twee ultracompacte massieve objecten zoals twee neutronensterren of zwarte gaten botsen, creëren deze golven in het weefsel van de ruimtetijd. Deze golven leggen enorme reisafstanden af voor deze ons bereiken. Verschillende detectoren op aarde kunnen dit signaal nu registreren, maar kunnen de bron vaak niet lokaliseren. Als er neutronensterren bij betrokken zijn, gaat zo'n 'kosmische crash' gepaard met een enorme uitbarsting van licht in het lichtspectrum en vooral van röntgenstraling. Door wetenschappers in staat te stellen om deze kortstondige gebeurtenissen meteen te bestuderen, zal de Einstein Probe ons helpen om de oorsprong te achterhalen van veel van de zwaartekrachtgolven die op aarde worden waargenomen.
Kreeftenogen in de ruimte
Om al zijn wetenschappelijke doelen te bereiken, is het Einstein Probe-ruimtevaartuig uitgerust met een nieuwe generatie hooggevoelige instrumenten die grote delen van de hemel kunnen observeren: de Wide-field X-ray Telescope (WXT) en de Follow-up X-ray Telescope (FXT). WXT heeft een optisch modulair ontwerp dat de ogen van een kreeft nabootst en gebruik maakt van innovatieve Micro Pore Optics-technologie. Hierdoor kan het instrument 3600 graden kwadraat (bijna een tiende van de hemelbol) in één keer waarnemen. Dankzij dit unieke vermogen kan de Einstein Probe bijna de gehele nachtelijke hemel in de gaten houden in drie banen rond de aarde (elke baan duurt 96 minuten).
Nieuwe röntgenbronnen of andere interessante gebeurtenissen die door WXT zijn gespot, worden vervolgens met de gevoeligere FXT in detail bestudeerd. Van cruciaal belang is, dat het ruimtevaartuig ook een waarschuwingssignaal naar de grond stuurt om andere telescopen op aarde en in de ruimte te activeren die op andere golflengten werken (van radio tot gammastraling). Deze zullen zich dan snel naar de nieuwe bron richten om waardevolle multigolflengte-gegevens te verzamelen, waardoor de gebeurtenis grondiger bestudeerd kan worden.
De bijdrage van Europa
ESA heeft een belangrijke rol gespeeld bij de ontwikkeling van de wetenschappelijke instrumenten van Einstein Probe. Het bood ondersteuning bij het testen en kalibreren van de röntgendetectoren en de optica van WXT. ESA heeft de spiegelassemblage van een van de twee telescopen van FXT ontwikkeld in samenwerking met MPE en Media Lario (Italië). De FXT-spiegelassemblage is gebaseerd op het ontwerp en de technologie van de XMM-Newton-missie van ESA en de eROSITA-röntgentelescoop. MPE leverde de spiegelassemblage voor de andere telescoop van FXT en ontwikkelde de detectormodules van de twee FXT-eenheden. Voor FXT leverde ESA ook het systeem om ongewenste elektronen weg te leiden van de detectoren (de elektronenomleider). Tijdens de missie zullen de grondstations van ESA worden gebruikt om te helpen bij het downloaden van de gegevens van het ruimtevaartuig.
ESA's vloot van hoogenergetische missies
ESA heeft een lange geschiedenis in het bevorderen van hoge-energie astronomie. XMM-Newton en Integral speuren het heelal al meer dan twintig jaar af op röntgen- en gammastraling, wat tot grote vooruitgang op dit gebied heeft geleid. ESA neemt ook deel aan de X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM), geleid door de Japanse organisatie voor ruimteverkenningen JAXA in samenwerking met NASA, die in de zomer van 2023 werd gelanceerd. "De prestaties van de Einstein Probe zijn zeer complementair aan de diepgaande studies van individuele kosmische bronnen die door de andere missies worden verricht", merkt Erik op. "Deze röntgenwaarnemer is ook de ideale voorloper van ESA's Athena-missie, die momenteel wordt bestudeerd en het grootste röntgenobservatorium zou moeten worden dat ooit is gebouwd."
Bron: ESA
