| Lancering | 1999 |
| Status | Actief |
| Baan | Geocentrisch, elliptisch |
| Ruimtevaartorganisatie | ESA |
| Type | Röntgen, kleurbereik van 0,5 – 3,5 nanometer (0.33 to 2.5 keV) |
| SRON-bijdrage | Reflection Grating Spectrometer RG |
Wetenschap met de XMM-Newton röntgenspectrometer
Röntgentelescoop XMM-Newton (ESA) is zo ontworpen dat astronomen er goed röntgenspectra mee kunnen meten. De spectrometers aan boord, gemaakt onder wetenschappelijke leiding van SRON, maken dus dat XMM-Newton de toestand van hete gassen goed kan onderzoeken en veel te weten kan komen over heftige gebeurtenissen in het heelal.
Door het röntgenlicht uit elkaar te rafelen in verschillende ‘kleuren’ kunnen astronomen veel meer leren over een object dan op een foto te zien is. Omdat atomen in hete gassen op hele specifieke kleuren licht uitzenden of juist absorberen, kunnen astronomen zien wat de samenstelling, temperatuur en druk van het gas is. Dat zijn hele belangrijke eigenschappen om de natuurkunde van objecten in de ruimte te begrijpen.
Voordat gas in zwarte gaten valt, draait het in een soort draaikolk naar het zwarte gat toe en wordt het miljoenen graden heet. Een combinatie van hitte en magneetvelden blazen een deel van het gas weer terug de ruimte in. De draaikolken zijn te ver weg om op een foto te zien, maar in het spectrum zien we dat het gas in de wind een deel van het felle licht uit de kolk tegenhoudt. De lijnen in het spectrum geven zelfs prijs waar het gas uit bestaat en hoe hard het waait. Door te kijken hoe het spectrum in de loop van de tijd verandert, kunnen astronomen toch een beeld opbouwen van wat daar gebeurt.
Ook normale sterren zenden röngenstraling uit, net als de zon. Die straling komt vooral van de corona. Dat is de hete atmosfeer van de zon die bij een zonsverduistering te zien is als een witte stralenkrans. Met de spectrometers van XMM-Newton zijn de corona’s van andere sterren te zien, zodat we kunnen leren of de atmosferen van sterren erg verschillend zijn. Als een ster aan het eind van zijn leven explodeert, kunnen we met XMM-Newton de schokgolven en het hete gas zien die na de explosie door de ruimte blazen.
Op de grote schaal van het heelal ziet XMM-Newton het hete gas in clusters van melkwegstelsels. Deze grote groepen van melkwegselsels, die elk uit miljarden sterren bestaan, zijn ingebed in een hete wolk gas die in röntgenstraling zichtbaar is. In een aantal clusters zien we dat sterke straalstromen van een groot zwart gat in het centrum bellen blaast in het omringende gas. Het is een voorbeeld van hoe zwarte gaten de ontwikkeling van sterrenstelsels en clusters beïnvloeden. Samen met metingen van de samenstelling van het gas, kunnen astronomen meer te weten komen over hoe het cluster in het verleden gevormd is.
Na decennia wordt de XMM-Newton röntgentelescoop nog altijd veel gevraagd. Astronomen hebben met XMM-Newton inmiddels waarnemingen gedaan die de astronomie op veel vlakken hebben beïnvloed.
Samen met de Chandra telescoop (NASA), die scherpere foto’s kan maken, heeft XMM-Newton gezorgd voor meer overzicht en meer detail in de dynamiek van het hete heelal. Opvolgers zijn de missies XRISM en NewAthena.
De Reflection Grating Spectrometers van XMM-Newton
Om van de hete objecten in het heelal het röntgenspectrum te kunnen meten, heeft ESA’s XMM Newton twee speciale reflectiespectrometers aan boord die onder leiding van SRON zijn gebouwd. Deze Reflection Grating Spectrometers (RGS), delen de telescoopspiegels met twee MOS camera’s. Zo wordt er tegelijkertijd een foto én een spectrum opgenomen.
De RGS spectrometer bestaat uit reflectietralies die achter de telescoopspiegels zijn geplaatst en daar ongeveer de helft van het licht naar een reeks CCD-detectorstrips kaatsen. Daar vormt het licht – intussen door de tralie uiteen gewaaierd als een regenboog – een röntgenspectrum op de reeks CCD’s die dat vastleggen. Omdat de andere helft van de röntgenlichtbundel doorgaat naar de MOS camera’s, kan zo van één lichtbundel gelijktijdig een plaatje én een spectrum genomen worden.
Nederlandse spectrometer op röntgentelescoop XMM-Newton
SRON is als hoofdonderzoeksinstituut (Principal Investigator, PI) verantwoordelijk voor deze RGS-spectrometers. Zowel de tralies als de CCD’s werden in samenwerking met andere organisaties in Europa en de Verenigde Staten ontwikkeld en gebouwd. SRON bouwde de twee CCD-strip röntgencamera’s voor de RGS en zorgde ervoor dat die optimaal met de tralies samenwerken.
SRON astronomen helpen mee om het instrument steeds te ijken zolang het in gebruik blijft. Na alle jaren in de ruimte neemt het aantal kleine beschadigingen in het instrument langzaam toe. Door regelmatig naar dezelfde objecten te kijken, kunnen we voor deze beschadigingen corrigeren.
Een gouden reflectietralie met 600 groefjes per millimeter
De RGS bevat 182 reflectietralies van 10 bij 20 centimeter groot, gemaakt van een 0,2 micrometer dikke goudlaag op een drager van siliciumcarbide. Zo een reflectietralie is een spiegel met microscopisch kleine groefjes erin. Elke tralie heeft ongeveer 600 van deze groefjes per millimeter. De groefjes zorgen dat het röntgenlicht in een regenboog uiteen waaiert. Je kunt het vergelijken met hoe een compact disk licht in regenboogkleuren splitst.
De tralies zijn heel precies vastgemaakt in een frame van berillium dat direct achter de spiegels hangt. Daar reflecteren ze ‘hun’ helft van de röntgenlichtbundel naar de spectrumcamera van RGS. Elke kleur op een eigen plek, net zoals de regenboog zonlicht uiteenrafelt in kleuren op een rij.
Om achtergrondruis in de CCD-detectoren te verminderen, wordt het instrument gekoeld via een warmteafvoer op de buitenkant van de satelliet. Deze voert de opgewekte warmte af.
Op de ESA website staan meer technische details over de telescoop en de instrumenten.
Kortom: de RGS op XMM-Newton stelt wetenschappers in staat om de toestand van hete gassen in het heelal te bestuderen en zo vragen over zwarte gaten, sterexplosies en superhete gasstromen te bestuderen.
