Einstein Probe

Einstein Probe (EP) ist eine Röntgenmission der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS), die Ende 2023 starten soll. Sie ist der Astrophysik mit hoher zeitlicher Auflösung gewidmet und umfasst zwei Hauptinstrumente: das Weitfeld-Röntgenteleskop (WXT) und das Follow-up-Röntgenteleskop (FXT). EP wird ein breites Spektrum an wissenschaftlichen Themen abdecken, vom nahen bis zum fernen hoch rotverschobenen Universum. Im nächsten Jahrzehnt wird die Astronomie veränderlicher Phänomene in ein goldenes Zeitalter der Entdeckungen eintreten, da große Observatorien im gesamten elektromagnetischen Spektrum in Betrieb gehen werden, darunter auch im Bereich der Multi-Messenger-Spektroskopie, einschließlich Gravitationswellen und Neutrinos, für die Weitwinkelbeobachtungen unerlässlich sind. EP wird eine entscheidende Rolle spielen, indem es die ansonsten fehlende Lücke im elektromagnetischen Bereich füllt. Es ermöglicht eine Röntgenüberwachung des Himmels mit einer Empfindlichkeit, die derjenigen der großen Instrumente in anderen Wellenbereichen sehr nahe kommt. Angesichts des neuen Entdeckungsraums und der großartigen wissenschaftlichen Möglichkeiten hat EP das Potenzial, einige der faszinierendsten Fragen der aktuellen Variabilitäts- und Multi-Messenger-Astrophysik zu beantworten, was einige dieser Forschungsbereiche revolutionieren wird. EP wird systematische, weiträumige Himmelsdurchmusterungen im weichen Röntgenbereich mit bisher unerreichter Empfindlichkeit durchführen, die durch die Fähigkeit zur sofortigen und tiefen Nachbeobachtung ergänzt werden. Die wichtigsten wissenschaftlichen Ziele sind:

1. Entdeckung und Charakterisierung von kosmischen Röntgentransienten, um ihre Eigenschaften aufzudecken und Einblicke in ihre Natur und die zugrunde liegenden Physik zu gewinnen.
2. Entdeckung und Charakterisierung von Röntgenausbrüchen aus normalerweise ruhenden Schwarzen Löchern zum besseren Verständnis der Demografie Schwarzer Löcher, ihrer Entstehung und Entwicklung sowie der Akkretionsphysik.
3. Suche nach Röntgenquellen, die mit Gravitationswellenereignissen in Verbindung stehen, und deren genaue Lokalisierung.

 

 

Das MPE steuert einerseits Hardware und seine Testeinrichtungen als Teil eines europäischen Beitrags zur Einstein-Sonde der ESA bei, der die eROSITA-ähnliche Optik des FXT und Röntgentests von WXT-Modulen umfasst. Andererseits liefert das MPE unabhängig davon CCD-Module für die Fokalebenen-Kamera des FXT und das eROSITA Flight Spare Spiegelmodul für das zweite FXT-Modul.

Optik: Das FXT-Design wurde von eROSITA übernommen, d.h. das Spiegelmodul besteht aus 54 verschachtelten Wolter-Spiegeln mit einer Brennweite von 1600 mm und einer effektiven Fläche von mehr als 300 cm² bei 1,5 keV. Zusammen mit dem Röntgenbaffle, das das Streulicht der Einzelreflexionen unterdrückt, bildet es das Spiegelmodul. Drei Module wurden ausgeliefert: das Struktur-Thermal-Modell (STM), das Qualifikationsmodell (QM) und das Flugmodell (FM). Ab 2019 wurden die Spiegelmodule von der italienischen Firma Media Lario hergestellt, während die entsprechenden Röntgenbaffle am MPE gefertigt und mit den Spiegelmodulen vereinigt wurden. Das Test- und Qualifizierungsprogramm wurde speziell für jedes der drei Modelle durchgeführt: Es umfasst Vibrations- und Temperaturwechseltests für jedes Modell und insgesamt zehn Röntgentests, von denen zwei die Röntgenkalibrierung des QM (das als Flugreserve dient) und des FM beinhalteten. Darüber hinaus hat das MPE drei Elektronendiverter (QM und 2 FM) bereitgestellt, die verhindern sollen, dass Elektronen auf den Detektor fokussiert werden. Die Elektronendiverter sind eigenständige Bauteile, die nahezu identisch mit den eROSITA-Bauteilen sind und die Workmanship- und Vibrationstests auf Abnahmeniveau durchlaufen haben. Das MPE nutzte für das Projekt seine Labors, Reinräume und Testeinrichtungen – insbesondere die Röntgentestanlage PANTER.

Detektor: Die Fokalebenen-Detektoren der beiden FXT-Teleskopmodule wurden am MPE entwickelt. Das FXT-Detektorkonzept basiert auf dem für eROSITA entwickelten, das seit 2019 erfolgreich im Weltraum arbeitet. Die rückseitig beleuchtete und vollständig verarmte pnCCD (450 µm Dicke) umfasst 384x384 Pixel im Bildbereich mit einer Pixelgröße von 75x75 µm². Die Übertragung des Bildes in den Bildspeicherbereich erfolgt in 0,12ms. Die Signalauslesung der 147.456 Pixel erfolgt innerhalb von 9,2 ms durch eine spaltenparallele CCD-Architektur und drei spezifische 128-Kanal-CAMEX-ASICs. Das Ausleserauschen beträgt 2,6 Elektronen äquivalente Rauschladung rms für die geplante Zeitauflösung von 50ms. Das Energieband von EP FXT reicht von 0,3 keV bis 10 keV. Ein 90 nm dicker optischer Sperrfilter wurde direkt auf das Photoneneingangsfenster der pnCCDs aufgebracht, die im Halbleiterlabor der Max-Planck-Gesellschaft für dieses Projekt hergestellt wurden. Das MPE lieferte im Jahr 2020 zunächst ein Ingenieurmodell, dann das Qualifikationsmodell und schließlich 2 Flugdetektoren im Jahr 2021. Schließlich folgte das Flug-Ersatz-Detektormodul.

EP wird eine einzigartige und leistungsstarke Mission zur Entdeckung hochenergetischer Transient-Ereignisse und zur Beobachtung veränderlicher Objekte sein. Das EP-Wissenschaftsteam hat die Beobachtungsmodi für EP und die zugehörige Datenpolitik festgelegt. Auf der Grundlage der Vereinbarung zwischen CAS, ESA und MPE wird das MPE Zugang zu 10 Prozent der EP-Beobachtungsdaten haben, einschließlich der Daten der WXT-All-Sky-Durchmusterung, der FXT-Ziele von besonderem Interesse und der EP ToO/Follow-up-Beobachtungen. Diese Daten werden es den MPE-Wissenschaftlern ermöglichen, ihre eigenen wissenschaftlichen Projekte durchzuführen, wie z. B. die Suche nach quasi-periodischen Eruptionen von supermassiven Schwarzen Löchern (SMBH), die Untersuchung der Häufigkeit von Bedeckungsereignissen in SMBHs und die Suche nach Tidal Disruption Events (TDEs). Auf Anfrage des CAS EP-Wissenschaftsteams wird das MPE auch zu den wissenschaftlichen Simulationen vor dem Start von EP beitragen, indem es den eROSITA eRASS1-Röntgenkatalog und den diffusen eRASS1-Röntgenhintergrund bereitstellt, die gut zur Empfindlichkeit und Winkelauflösung von EP passen.