Highlights der Physik

Röntgenaufnahmen von Körperteilen hat jeder schon einmal gesehen. Doch auch das Universum enthüllt sein Innerstes im Röntgenlicht.

Nicht alle Sterne haben die gleiche Farbe. So ist in einer klaren Nacht der linke Schulterstern des Sternbilds Orion – Beteigeuze – recht deutlich als rot-orange im Vergleich zu den übrigen Sternen in seiner Umgebung auszumachen. Aus seinem vergleichsweise langwelligen Licht lässt sich ableiten, dass seine Oberfläche deutlich weniger heiß ist als die vieler anderer Sterne.

Im Universum gibt es allerdings auch Regionen, die noch viel heißer sind als die Sternoberflächen. Wenn etwa Materie in einem engen Doppelsternsystem von einem Stern auf den anderen fällt, dann heizt sich das Material dabei so stark auf, dass es Röntgenlicht aussendet. Das Gleiche passiert in den Zentren vieler Galaxien, in denen ein superschweres Schwarzes Loch Materie aus seiner Umgebung anzieht. Die Gas- und Staubteilchen werden dabei wie in einem Strudel immer schneller und reiben sich aneinander. Dadurch werden sie so heiß, dass das Material im Röntgenbereich hell erstrahlt.

Des einen Freud, des anderen Leid

Röntgenquellen sind überraschenderweise auch die äußeren Regionen von Galaxien in Galaxienhaufen: Dort ist das sehr dünne Gas extrem heiß, sodass es – aus über Millionen von Lichtjahren Entfernung betrachtet – im Röntgenlicht besonders auffällig strahlt. Unsere Erdatmosphäre verhindert, dass die Röntgenstrahlung aus dem Weltall zum Erdboden gelangt. Das ist ein Glücksfall für das Leben auf unserem Planeten, denn Röntgenstrahlung ist ionisierend und kann das Erbgut schädigen.

Was für das Leben auf der Erde von Vorteil ist, ist für die Röntgenastronomie allerdings ein Hindernis. Um den Röntgenhimmel beobachten zu können, müssen die Astronominnen und Astronomen die Atmosphäre hinter sich lassen – indem sie ihre Teleskope auf Satelliten in eine Erdumlaufbahn bringen oder noch weiter hinaus ins Weltall schießen. Im Sommer 2019 startete der jüngste einer Reihe von fast 50 Röntgensatelliten: eROSITA. Dieses deutsch-russische Instrument soll den gesamten Himmel im Röntgenbereich in bisher unerreichter Qualität kartieren und so entfernteste Galaxienhaufen aufspüren. Daraus erhoffen sich die Astronominnen und Astronomen Aufschlüsse über die frühe Entwicklung des Universums und die Natur der rätselhaften Dunklen Materie.

Ein Röntgenteleskop besteht aus vielen ineinander geschachtelten Spiegelröhren, die nur wenig gekrümmt sind. Die Röntgenstrahlung kann so ganz flach reflektiert werden, wie ein Stein, er der auf der Wasseroberfläche springen gelassen wird.

© CC BY-NC-ND 3.0 DLR

Neben heißen Sternen in unserer Milchstraße sieht eROSITA auch noch spektakulärere Objekte: Viele der Punkte in diesem Bild sind Schwarze Löcher im Kern von weit entfernten Galaxien, und in der Mitte zeigt sich nebelhaft-verschwommene eine Brücke aus Millionen Grad heißem Gas zwischen zwei Galaxienhaufen.

© T. Reiprich, M. Ramos-Ceja, F. Pacaud, D. Eckert, J. Sanders, N. Ota, E. Bulbul, V. Ghirardini, MPE/IKI

Unser digitales Themenheft zu den Highlights der Physik 2021 ist hier am Ende. Lust auf mehr Physik? Welt der Physik ist Partner der Highlights der Physik und bietet viele weitere Informationen aus der Forschung!

Titelbild: Der Röntgenhimmel gesehen von eROSITA. © Jeremy Sanders, Hermann Brunner and the eSASS team (MPE); Eugene Churazov, Marat Gilfanov (on behalf of IKI)