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News: Röntgenstrahlen verraten ihren Dreh

Ein neuer Detektor könnte Astronomen demnächst unerwartet detaillierte Eindrücke aus dem Universum liefern. Er ist in der Lage, auch bei schwächeren Röntgenquellen die Polarisation der Photonen zu messen - bisherige Instrumente waren dafür nicht empfindlich genug. Nicht nur Schwarze Löcher, Neutronensterne und Pulsare werden dann wohl einige ihrer Geheimisse preisgeben müssen.
Wenn Astronomen in die Tiefen des Weltalls spähen, stoßen sie auf diverse Quellen elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen. Anzahl, Richtung, Energie und Frequenz verraten schon eine ganze Menge über ihre Herkunft und die Umstände, unter denen sie entstanden. Hinzu kommt noch eine weitere Messgröße: die Polarisation. Denn das elektrische Feld jedes einzelnen Photons schwingt in einer bestimmten Ebene. Sind diese einzelnen Ebenen innerhalb eines Strahls zufällig ausgerichtet, so ist dieser nicht polarisiert. Weisen sie jedoch alle in dieselbe Richtung, spricht man von linearer Polarisation. Aus den Messwerten können die Wissenschaftler zum Beispiel auf die Eigenschaften des Magnetfeldes der untersuchten Quelle schließen oder ob der Strahl auf seinem Weg gestreut wurde.

Bei Röntgenstrahlung standen Forscher jedoch bisher vor einem Problem: Ihre Methoden waren nicht empfindlich genug, um die Polarisation der energiereichen Photonen zu messen. Gerade diese Wellenlängen sind jedoch besonders interessant, wenn es um einige der faszinierendsten Objekte im All geht – Pulsare, Neutronensterne und Schwarze Löcher. Denn sie emittieren solche kurzwellige Strahlung, auch im Röntgenbereich.

Enrico Costa vom Instituto di Astrofisica Spaziale in Rom setzte sich daher mit Kollegen aus der Teilchenphysik vom Instituto di Fisica Nucleare in Pisa zusammen, um einen neuartigen Detektor zu konstruieren. Dafür machten sie sich den so genannten Photoeffekt zu Nutze: Trifft ein Röntgen-Photon auf ein geeignetes Molekül, schlägt es dort ein energiereiches Elektron heraus. Wie ein Geigerzähler radioaktive Teilchen, so zählt der Detektor diese freigesetzten Elektronen. Gleichzeitig zeichnet er außerdem dessen anfängliche Bahn auf, denn sie folgt dem elektrischen Feld des eingetroffenen Photons und verrät so dessen Polarisationszustand. Als Gas wählten die Forscher ein Gemisch aus Neon und Dimethylether, da es über eine lange Strecke eine besonders geradlinige Elektronenbahn ermöglicht und andere, störende Nebeneffekte weitgehend unterdrückt.

Die Bahn der Ladungsträger lässt sich mit einer Genauigkeit von 200 Mikrometern verfolgen, Costa zufolge sollte sie sich ohne große Schwierigkeiten auch noch auf 50 Mikrometer steigern lassen. Damit bietet der Prototyp des Gerätes bereits jetzt eine hundertfach bessere Empfindlichkeit als die herkömmlichen Methoden. Wenn die Forscher ihr bisher nur auf der Erde erprobtes Instrument weltraumtauglich gemacht haben, könnte es an Bord eines Röntgenteleskop sicherlich so manchen Schleier des Geheimnisses lüften.

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