Im hochenergetischen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, in
Röntgen- und Gammastrahlung, beobachtet man Emission von kosmischen
Quellen, die sich durch ungewöhnlich intensive und heftige Energieproduktion
auszeichnen und oftmals das Ende eines Sterns markieren. Röntgenstrahlung im Bereich
von 0.1 bis 100 keV wird durch heisses Plasma erzeugt das z. B. bei dem Einfall von
Materie auf verdichtete Sterne wie Weiße Zwerge und Neutronensterne oder bei
heftigen Explosionen in verdünntes interstellares oder intergalaktisches Gas erzeugt wird.
Die charakteristischen Linien stark ionisierter Atome im Bereich von 0.1 bis 7 keV erlauben
Rückschlüsse auf Zustand und Dynamik des kosmischen Gases in Bereichen, die anderweitig
nur schwer oder gar nicht zugänglich sind, wie zum Beispiel dem Gebiet des
Ereignishorizontes um Schwarze Löcher. Kontinuumsemission in diesem Bereich ist meist
thermisch, wobei Synchrotron-Emission einen wichtigen Anteil für spezielle
Quellen wie Supernovaüberreste und Gammastrahlenausbrüche liefert. Nukleare
Strahlungsenergien liegen im Bereich von 70 bis 8000 keV, in dem Radioaktivität
einzigartige Spektrallinien erzeugt. Alle kosmische Strahlung, die bei Energien über
100 keV beobachtet wird, ist in ihrem Ursprung nicht-thermischund wird dominiert die
Kontinuumsemission von relativistischen Teilchen (kosmische Strahlung) durch Bremsstrahlung, den
inversen Compton-Effekt und Pionenemission.
Herausragende kosmische Quellen, die im Röntgen- und Gammabereich beobachtet werden,
sind aktive Galaxienkerne und die Jets von Blazaren, akkretierende Binärsysteme,
Supernovaüberreste, schnelldrehende Neutronensterne und Sternexplosionen wie Supernovae,
Gammastrahlenausbrüche, Novae und Röntgenburster. Aber auch normale Sterne und
Galaxien können mit modernen Röntgenteleskopen untersucht werden. Sogar Kometen und
Planeten in unserem Sonnensystem sind im Röntgenlicht sichtbar. Astrophysikalische Prozesse, die
untersucht werden, sind gravitationsbedingte Energieabgaben in der Nähe und auf kompakten
Sternen, Strahlungsprozesse in Magnetosphären mit hohen Feldstärken, die Physik
kosmischer Plasmajets, kosmische Nukleosynthesequellen und die Beschleunigung und
Ausbreitung relativistischer Teilchen. Astrophysikalische Themen sind die späten
Phasen der Sternentwicklung und ihre Überreste, die kosmische Entwicklung von
Elementhäufigkeiten und Galaxienentwicklung.
Die eingesetzten Instrumente sind fokussierende Röntgenteleskope, die mit streifenden
Einfallswinkeln arbeiten, Teleskope nach dem Coded-Mask- und Compton-Prinzip und
Spurkammern, alle auf Satelliten im Weltraum betrieben. Zur Zeit aktive Missionen mit
MPE-Beteiligung sind Chandra, XMM-Newton, INTEGRAL und FERMI. Die eROSITA-Mission ist in Vorbereitung
und andere Missionen werden geplant.
Von der Hochenergieastrophysik-Gruppe werden zwei Röntgentestanlagen
(PANTER und
PUMA)
betrieben, mit denen Röntgensatellitenkomponenten aus aller Welt getestet
werden. So wurden dort z.B. Funktionstests und Eichung der Röntgenteleskope und der
EPIC-pn Kamera für XMM-Newton und den Niederenergie-Transmissionsgitter-Spektrographen
(Low Energy Transmission Grating, LETG) für Chandra durchgeführt.
Das Max-Planck-Institut Halbleiterlabor
(MPI HLL) ist eine gemeinsam mit dem
Max-Planck-Institut für Physik (Werner-Heisenberg-Institut, MPP) betriebene
Forschungseinrichtung, deren Ziel die Entwicklung neuer Strahlungsdetektoren
für die Anwendung in der Astro- und Hochenergiephysik ist.
MPE
Hochenergie-Astrophysik
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H. Steinle
