Gouden ogen

Volgende week vrijdag wordt de Europese röntgensatelliet xmm gelanceerd. Hij gaat zeer hete gassen in het heelal onderzoeken. Het is de gevoeligste röntgentelescoop ooit gebouwd.

OP 10 DECEMBER wordt vanuit Kourou in Frans-Guyana met een Ariane 5 raket de Europese röntgensatelliet XMM (X-ray Multi Mirror) gelanceerd. XMM is het tweede `hoeksteenproject' van het Horizon-2000 programma van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA (het eerste project was de infraroodsatelliet ISO) en de grootste wetenschappelijke satelliet die ESA ooit heeft gebouwd. Hij is bedoeld voor het onderzoek naar zeer hete gassen in het heelal, maar zal onder andere wegens de millenniumdrukte pas vanaf januari stapsgewijs gebruiksklaar worden gemaakt. De geplande levensduur bedraagt tien jaar. De Ariane 5 raket die nu wordt gebruikt, maakt op 10 december zijn eerste commerciële vlucht.

XMM is elf meter lang, heeft een diameter van twee meter (inclusief zonnepanelen 16 meter) en weegt 3,8 ton. De satelliet heeft drie röntgentelescopen van 70 centimeter diameter, die straling in het gehele energiegebied tussen 1 en 150 nanometer (15 tot 0,1 keV) registreren. Daarnaast heeft hij een optische telescoop met een diameter van 30 centimeter, die het voor het eerst mogelijk maakt om röntgenobjecten gelijktijdig in zichtbaar licht en in het ultraviolet waar te nemen. Alle telescopen kijken in dezelfde richting en worden gericht door de satelliet in zijn geheel te verdraaien.

Röntgenstraling komt van objecten of gebieden in het heelal waar zeer hoge temperaturen en/of zeer sterke magnetische velden of gravitatievelden heersen. Deze straling laat zich niet door gewone spiegels focusseren. Er kan alleen goede reflectie plaatsvinden als de straling op een extreem glad oppervlak valt onder een hoek die kleiner is dan 1°. Door zo'n scherende reflectie wordt echter per spiegel maar heel weinig straling opgevangen. Door nu vele cilindrische reflectoren van steeds kleiner wordende diameter concentrisch in elkaar te plaatsen, wordt het effectieve oppervlak vergroot. Chandra, de Amerikaanse tegenhanger van XMM die sinds juli om de aarde draait, heeft één telescoop van 1,2 meter diameter die uit vier van zulke `schillen' bestaat. Bij XMM zijn maar liefst 58 reflectoren met diameters tussen 70 en 30 centimeter in elkaar geplaatst.

Deze compacte constructie is alleen mogelijk doordat elke reflector slechts zo'n driekwart millimeter dik is. De productie en montage van deze 60 centimeter lange reflectoren was dan ook een waar technisch hoogstandje. Bij de productie is gebruik gemaakt van een replicatechniek, waarbij voor iedere reflector eerst een negatieve `mal' van aluminium van exact de juiste vorm en gladheid werd gemaakt. Hiermee werden vervolgens de cilindrische reflectoren van nikkel met een goudfilm – het reflectiemateriaal – gemaakt. Het voorste deel is een paraboloïde en het achterste deel een hyperboloïde en hun oppervlakteruwheid is kleiner dan 0,3 nanometer. De 58 reflectoren van elke telescoop zijn op een soort spaakwiel samengevoegd.

Hoewel het totale spiegeloppervlak van elke telescoop maar liefst 120 vierkante meter is, bedraagt hun effectieve oppervlak (de `ring' tussen de straal van 30 en 70 centimeter) slechts 0,2 tot 0,3 vierkante meter. De telescoop van Chandra heeft door zijn grotere diameter en kleinere aantal reflectoren een oplossend vermogen van 0,5 boogseconde: gelijk aan dat van de beste optische telescopen op aarde. Door zijn grote aantal spiegels heeft XMM een geringer oplossend vermogen (5 tot 15 boogseconden), maar is per telescoop een factor twee gevoeliger. Het is de gevoeligste röntgentelescoop ooit gebouwd.

REFLECTIETRALIE

In het brandvlak van elk van de `Gouden Ogen' van XMM bevindt zich een CCD-camera, de European Photon Imaging Camera, die opnamen van de waar te nemen röntgenbronnen maakt. Het is voor het eerst dat in dit golflengtegebied siliciumchips worden gebruikt. Zij kunnen ook de energie van de röntgenfotonen meten, waardoor `kleurenopnamen' van röntgenbronnen kunnen worden gemaakt. Achter twee van de drie spiegelsets bevindt zich een reflectietralie (RGS), die ongeveer de helft van de röntgenstraling ontleedt en naar een tweede brandpunt stuurt, waar zich ook een CCD-camera bevindt. Zo'n reflectietralie bestaat uit 182 tralieplaten, met een lijndichtheid van gemiddeld 640 lijnen per millimeter, waar de röntgenstraling ook weer scherend op valt. Met behulp van deze tralies worden spectra van röntgenbronnen op golflengten tussen 0,35 en 2,5 keV gemaakt. De Stichting Ruimte Onderzoek Nederland (SRON) heeft belangrijke bijdragen aan deze reflectietraliespectrometers geleverd.

XMM, die ongeveer 1,5 miljard gulden heeft gekost, is gebouwd onder de algehele leiding van DaimlerChrysler Aerospace Dornier. Hij moet volgende week in een zeer langgerekte baan, op afstanden tussen 7.000 en 114.000 kilometer, om de aarde komen. De omlooptijd bedraagt dan 48 uur. Door deze baan beweegt XMM snel door de storende stralingsgordels van de aarde en kan hij 40 uur aaneen waarnemingen verrichten. De detectoren van XMM worden bovendien beschermd door kleppen die tijdens het doorkruisen van de stralingsgordels worden gesloten. Chandra heeft zo'n voorziening niet en daardoor is een van zijn CCD-chips nu al zo sterk beschadigd dat deze zijn energie-oplossend vermogen verloren heeft.