eROSITA liefert die bislang umfassendste Durchmusterung des hochenergetischen Universums

In der zweiten Datenveröffentlichung des eRosita-Weltraumteleskops befinden sich mit nahezu zwei Millionen fast doppelt so viele astronomische Röntgenquellen wie zuvor

Auf den Punkt gebracht

• eROSITA DR2, Röntgenquellen: Die zweite Datenveröffentlichung verdoppelt die Anzahl der bekannten Röntgenquellen nahezu auf fast zwei Millionen und liefert damit die bislang detaillierteste und empfindlichste Durchmusterung des hochenergetischen Universums.
• Kataloginhalt, Quelltypen: DR2 umfasst über 1,9 Millionen punktförmige Quellen wie Sterne und akkretierende supermassereiche Schwarze Löcher sowie etwa 64.000 ausgedehnte Quellen wie Galaxienhaufen und Supernova-Überreste.
• Tiefe und Empfindlichkeit der Durchmusterung: Durch die Kombination von Daten aus drei vollständigen Himmelsdurchmusterungen erfasst DR2 deutlich schwächere Röntgenstrahlen und deckt so viele bisher unentdeckte Quellen auf.
• Identifizierung über mehrere Wellenlängen: DR2 verknüpft Röntgenquellen mithilfe von sechs neuen Katalogen mit ihren optischen und infraroten Entsprechungen und ermöglicht so ein besseres physikalisches Verständnis und eine bessere Klassifizierung dieser Objekte.

Das deutsche eROSITA-Konsortium (eROSITA-DE) unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) hat seinen zweiten großen öffentlichen Datensatz, den „eROSITA Data Release 2“ (DR2), veröffentlicht. Der neue Katalog umfasst fast zwei Millionen Röntgenquellen – damit hat sich die Anzahl der zuvor veröffentlichten eROSITA-Quellen am Röntgenhimmel etwa verdoppelt, was einen bedeutenden Fortschritt bei der Kartierung des hochenergetischen Universums darstellt.

Der DR2-Katalog, der auf den ersten drei vollständigen Himmelsdurchmusterungen des eROSITA-Teleskops an Bord der Spektrum-Röntgen-Gamma (SRG)-Mission basiert, stellt den derzeit empfindlichsten und umfassendsten Katalog des Röntgenhimmels dar, der der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung steht. Durch die Kombination mehrerer Durchläufe über den Himmel erhöht diese Veröffentlichung die Durchmusterungstiefe erheblich und deckt große Populationen bisher unentdeckter Quellen auf.

Der Hauptkatalog DR2 enthält fast zwei Millionen Röntgenquellen, die im Energiebereich von 0,2 bis 2,3 keV nachgewiesen wurden. Dazu gehören mehr als 1,9 Millionen punktförmige Quellen, vor allem Sterne und aktiv akkretierende supermassereiche Schwarze Löcher, sowie rund 64.000 ausgedehnte Quellen wie Galaxienhaufen, nahegelegene Galaxien und Supernova-Überreste. Im Vergleich zur ersten Datenveröffentlichung hat sich die Anzahl der nachgewiesenen Quellen etwa verdoppelt.

Ein ergänzender Katalog im harten Energiebereich umfasst fast 15.000 Quellen, die bei höheren Energien (2,3–5,0 keV) entdeckt wurden, und erfasst stark verschwommene und von Natur aus energiereiche Objekte, die bei niedrigeren Röntgenenergien oft übersehen werden. Zusammen erfassen diese Kataloge die gesamte Vielfalt des Röntgenhimmels, von nahen Sternkoronen bis hin zu entfernten supermassereichen Schwarzen Löchern und massereichen Galaxienhaufen. Viele dieser Objekte wurden im Röntgenbereich erst neu identifiziert, während andere nun mit deutlich höherer Präzision untersucht werden können.

Seit Beginn des Betriebs im Dezember 2019 hat eROSITA alle sechs Monate den gesamten Himmel vermessen und dabei die Tiefe und Empfindlichkeit schrittweise erhöht. DR2 vereint Daten, die in den ersten 556 Tagen der Mission gesammelt wurden und drei vollständige Himmelsdurchmusterungen (eRASS1–3) umfassen. Durch die Zusammenführung dieser Beobachtungen erreicht die Durchmusterung deutlich schwächere Durchflüsse als die erste Veröffentlichung, was die starke Zunahme der nachgewiesenen Quellen ermöglicht.

„DR2 ist die bislang beste Aufzeichnung des Röntgenhimmels, über die wir verfügen, und eröffnet neue Möglichkeiten für fundierte statistische Untersuchungen zur kosmischen Zusammensetzung“, sagt Miriam E. Ramos-Ceja, Leiterin des Bereichs Bodenstation des eROSITA-Instruments und Hauptautorin der DR2-Veröffentlichung.

Verknüpfung von Röntgenstrahlung mit dem gesamten Universum

Um eine physikalische Interpretation zu ermöglichen, enthält DR2 Informationen über mehrere Wellenlängenbereiche, die die Röntgenbeobachtungen mit ihren wahrscheinlichsten Entsprechungen im optischen und infraroten Bereich in Verbindung bringen. Auf der Grundlage dieser Informationen sind etwa 88 % extragalaktisch, wobei akkretierende supermassereiche Schwarze Löcher den größten Anteil ausmachen.

„Die Röntgenerkennung ist nur der erste Schritt“, erklärt Mara Salvato, Sprecherin von eROSITA und Leiterin der Folgearbeitsgruppe. „Indem wir Röntgenquellen mit ihren entsprechenden Gegenstücken bei anderen Wellenlängen verknüpfen, können wir herausfinden, um welche Objekte es sich handelt, wo sie auf der kosmischen Entfernungsleiter stehen, und klare, genau definierte Stichproben in einem bisher beispiellosen Ausmaß erstellen.“

Ein gemeinsamer Meilenstein mit SDSS

Die Veröffentlichung fällt mit der zwanzigsten Datenveröffentlichung des Sloan Digital Sky Survey (SDSS) zusammen, die umfangreiche optische Spektroskopiedaten von eROSITA-DE-Quellen enthält. Insgesamt stellen diese Datensätze den Höhepunkt einer fast zehnjährigen Zusammenarbeit zwischen dem deutschen eROSITA-Konsortium und der SDSS-Kollaboration dar. Durch die Kombination der SDSS-Spektroskopie mit den Röntgendaten von eROSITA können Forschende dreidimensionale Karten aktiver Schwarzer Löcher am gesamten Himmel erstellen und so aufzeigen, wie diese schnell wachsenden Objekte verteilt sind und sich im Laufe der kosmischen Zeit entwickeln.

Die Kombination des Röntgenkatalogs von eROSITA mit spektroskopischen und photometrischen Rotverschiebungen ermöglichte eine der bislang umfangreichsten und detailliertesten Untersuchungen von akkretierenden supermassereichen Schwarzen Löchern. Diese schwer fassbaren Objekte entstanden überraschend früh in der Geschichte des Universums, und eROSITA hat eine neue Bestandsaufnahme ihres Wachstums bei hoher Rotverschiebung geliefert. „Die leuchtstärksten Schwarzen Löcher bei hoher Rotverschiebung sind wie Nadeln im Heuhaufen. Dank DR2 haben wir mehr Nadeln gefunden als erwartet, was darauf hindeutet, dass schnell wachsende Schwarze Löcher im frühen Universum häufiger vorkamen als bisher angenommen“, sagt William Roster, Hauptautor der entsprechenden Studie.

Im Gegensatz zur ersten öffentlichen Datenveröffentlichung ist DR2 eine katalogorientierte Veröffentlichung. Sie enthält streng validierte Quellenlisten, die aus den kombinierten eRASS:3-Beobachtungen abgeleitet wurden, sowie einen aktualisierten Service für obere Flussgrenzen, der es Forscherinnen und Forschern ermöglicht, Nichtnachweise am gesamten Himmel zu quantifizieren.

Die Daten decken die westliche galaktische Hemisphäre ab und spiegeln die vereinbarte Regelung zum Datenaustausch zwischen den deutschen und russischen eROSITA-Konsortien wider. Innerhalb dieser Region stellt DR2 den größten und homogensten öffentlich zugänglichen Röntgendatensatz dar, der derzeit verfügbar ist.

Die nächste Welle von Entdeckungen ermöglichen

„Dies ist ein Datensatz von beispiellosem Umfang und beispielloser Vollständigkeit, der nun der weltweiten astronomischen Gemeinschaft zur Verfügung steht“, sagt Andrea Merloni, Projektleiter von eROSITA. „Mit fast 2 Millionen Quellen bietet DR2 eine einzigartige Grundlage für Entdeckungen, die von seltenen Objekten bis hin zu groß angelegten Populationsstudien reichen.“ Kirpal Nandra, Direktor des MPE, fügt hinzu: „eROSITA hat gerade einen weiteren Weltrekord bei der Anzahl der Röntgenquellen aufgestellt – und das wird nicht der letzte sein.“

Die eROSITA-DE-DR2-Kataloge, der Server für die obere Flussgrenze sowie die vollständige Dokumentation sind über das eROSITA-DE Science Data Archive öffentlich zugänglich.