Athena – de grote röntgentelescoop van de ESA

Athena is het acronym voor Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics. Het is een ruimtetelescoop van de ESA die in 2028 gelanceerd moet worden.

Het is een röntgentelescoop die antwoorden moet geven over vragen over het hete en energetische heelal. De twee belangrijkste vragen zijn:

• Hoe groeien zwarte gaten en hoe beïnvloeden ze hun omgeving. Een zwart gat is het beste te bestuderen in röntgenlicht. De hete gassen die met röntgen zichtbaar zijn kunnen aanwijzingen geven over de evolutie en de structuur van sterrenstelsels.
• Hoe klontert gewone materie samen tot de grote structuren die we nu kunnen zien (zoals groepen sterrenstelsels en clusters).
• De wetenschappelijke doelen van de Athena-missie zijn als volgt geformuleerd:
• Onderzoeken hoe groepen sterrenstelsels en clusters ontstaan en evolueren.
• Onderzoeken hoe hete baryonen – subatomaire deeltjes, evolueren.
• Onderzoeken hoe zwarte gaten en superzware zwarte gaten in de tijd groeien.
• onderzoeken hoe zwarte gaten actieve sterrenstelsels beïnvloeden (dit zijn sterrenstelsels die bovenmatig veel energie produceren).
• Onderzoeken van het effect van kernen van actieve stelsels op clusters van sterrenstelsels en het ontstaan van sterren.

Het is nog niet bekend met welke raket de Athena gelanceerd zal worden maar mogelijk is dit een Ariane 5. Na de lancering zal de Athena in een zogenaamd Lagrange punt geplaatst worden. In dit geval gaat het om L2, aan de “donkere” kant van de Aarde. Dit punt is ook gebuikt voor missies als de WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) en de Plank ruimtetelescoop. Ook de James Webb Telescope, de opvolger van de Hubble zal daar, na zijn lancering in 2018, geplaatst worden.

Athena zal ongeveer 300 waarnemingen van hemelobjecten per jaar doen, iedere waarneming duurt gemiddeld 105 seconden. Er zal een geplande waarneemcampagne plaatsvinden maar er is ook ruimte om de Athena op ander objecten, zoals een uitbarsting van gammastraling, te richten mocht dat nodig zijn. De ESA denkt dat dit gemiddeld tweemaal per maand zal gebeuren.

De Athena-missie gaat minimaal vijf jaar duren maar er is brandstof aan boord voor ongeveer 10 jaar voor het geval besloten wordt de missie te verlenen.

Geschiedenis van Athena

Athena is vernoemd naar de godin Athene uit de Griekse oudheid. Het project is ontstaan door het herformuleren van verschillende oudere missies. Oorspronkelijk ware de ESA en de NASA bezig met hun eigen verschillende projecten die XEUS en Constellation-X heetten. Dit veranderde in 2008 toen ESA, NASA en het Japanse JAXA de koppen bij elkaar staken om Constellation-X en XEUS te bundelen tot IXO (International X-ray Observatory).

NASA maar ook ESA bekijken periodiek hun projectvoorstellen en heroverwegen indien nodig investeringen en stellen prioriteiten op het gebied van wetenschappelijk onderzoek. IXO kwam bij de NASA op een vierde plaats met betrekking tot grote missies en bij de ESA werd de wens uitgesproken om grote missies alleen uit te voeren. Die wens van de ESA kwam ook voort uit het gebrek aan samenwerking met de NASA bij een drietal andere projecten. De NASA kon onvoldoende geld vrijmaken om de beoogde drie samenwerkingsmissies binnen een relatief kort tijdsbestek uit te voeren.

ESA ging onder het Cosmic Visions-programma verder met de ontwikkeling van het IXO-project onder de naam Athena. In 2014 werd Athena uitgekozen als tweede grote project (de JUICE-missie naar Jupiter was in 2012 het eerste project uit deze klasse) met een beoogde lanceerdatum in 2028.

De missie bevindt zich momenteel in de studie-fase en als het ontwerp en de kosten bekend zijn dan zal het project omstreeks 2019 officieel worden ingediend waarna, als alles goed wordt bevonden, de bouw kan beginnen.

Het ontwerp van de Athena ligt nog steeds niet vast maar vermoedelijk zal de röntgentelescoop een brandpunt hebben van ongeveer 12 meter. Er zullen daarnaast ook twee instrumenten aan boord zijn: een röntgenintegratie unit voor hoge resolutie opnames en een instrument dat opnames in groothoek kan opnemen. Dit laatste instrument zal een wat lagere resolutie hebben.

Andere röntgentelescopen in de ruimte

Er zijn sinds de start van het ruimtevaarttijdperk tientallen röntgentelescopen gelanceerd. De eerste werden in de jaren ‘70 gelanceerd maar ook nu zijn er nog steeds röntgentelescopen actief. Enkele grote en recente missies staan hieronder genoemd.

De Chandra röntgentelescoop werd in juli 1999 gelanceerd met behulp van een space shuttle. De Chandra is nog steeds in bedrijf. De telescoop wordt beschouwd als één van de Grote Observatoria en dit verwijst naar een programma uit de jaren ‘80 en ‘90 toen grote telescopen zoal de Hubble Space Telescope, het Compton Gamma-Ray Observatory en de Spitzer Space Telescope werden gebouwd en gelanceerd. Chandra heeft veel belangrijke ontdekkingen op zijn naam staan waaronder de halo van het waterstofgas om ons sterrenstelsel, de telescoop heeft aangetoond dat bijna all sterren op de hoofdreeks röntgenstraling uitzenden en de telescoop heeft belangrijke waarnemingen gedaan aan Sagittarius A*. Dit is het superzware zwarte gat in het centrum van ons sterrenstelsel.

De XMM-Newton (X-Ray Multi-Mirror Mission) is een röntgentelescoop van de ESA die in december 1999 met een Ariane-5 raket werd gelanceerd. XMM-Newton maakte deel uit van het Horizon 2000-programma van de ESA. De missie is al verschillende keren verlengd en de telescoop verkeerd nog steeds in goede gezondheid. De XMM Newton heeft metingen gedaan aan het ronddraaien van zwarte gaten en heeft grote clusters van sterrenstelsels onderzocht en daarmee meegeholpen aan de bevestiging dat donkere energie bestaat.

De Swift Gamma-Ray Burst Mission is een telescoop die uitbarstingen van gammastraling in röntgen-, gammastraling, ultraviolet en optisch licht kan bestuderen. De Swift werd in 2004 met een Delta II raket gelanceerd en is nog steeds in gebruik. Swift doet waarnemingen aan zwarte gaten, supernova’s, kernen van actieve sterrenstelsels kometen en andere objecten. De Swift heeft o.a. een nieuw type uitbarsting van gammastraling waargenomen dat niet gelinkt kan worden aan een supernova.

De INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) van de ESA werd in 2004 gelanceerd en werkt nog steeds. De INTEGRAL doet onderzoek dat met de Swift is te vergelijken. Het is een samenwerkingsverband met de NASA en het Russische ruimtevaartagentschap ROSCOSMOS. INTEGRAL bestudeert voornamelijk uitbarstingen van gammastraling maar daarnaast worden er waarnemingen gedaan aan dubbele röntgenbronnen en röntgenbronnen buiten ons sterrenstelsel waaronder de kosmische achtergrondstraling, het overblijfsel van de straling die ontstond bij de oerknal.

Eerst publicatie: 23 september 2017
Bron: space.com, ESA: Athena Mission Summary, ESA: Cosmic Vision 2015-2025