Röntgen- und Gammastrahleninstrumente

Röntgen- und Gammastrahleninstrumente detektieren die energiereichsten Photonen in der Astronomie unter Verwendung von Streiflichtoptiken, kodierten Aperturen und Teilchenspurdetektoren anstelle der konventionellen Spiegel optischer Teleskope.

Definition

Röntgen- und Gammastrahleninstrumente umfassen die Optiken und Detektoren, die zur Beobachtung von Photonen im Bereich von etwa hundert Elektronenvolt bis Teraelektronenvolt verwendet werden, wobei sie darauf ausgelegt sind, dass solche Photonen nicht durch gewöhnliche Reflexion oder Brechung fokussiert werden können.

Scope

Dieses Thema behandelt verschachtelte Streiflicht-Röntgenspiegel, Röntgen-CCDs und Mikrokalorimeter, die Photonenenergie abbilden und messen, Kollimatoren und kodierte Aperturmasken für höhere Energien, Paarverfolgungs- und Compton-Teleskope für Gammastrahlen sowie die bodengestützte atmosphärische Cherenkov-Technik, die die energiereichsten Gammastrahlen indirekt detektiert.

Core questions

• Wie werden Röntgenstrahlen fokussiert, wenn sie gewöhnliche Spiegel durchdringen?
• Wie werden Gammastrahlen, die überhaupt nicht fokussiert werden können, abgebildet?
• Wie wird die Energie eines Hochenergiephotons gemessen?
• Wie werden die energiereichsten Gammastrahlen vom Boden aus detektiert?

Key theories

Streiflichtoptik

Röntgenstrahlen reflektieren effizient nur bei flachen Streifwinkeln, daher verwenden Röntgenteleskope viele konzentrische Spiegelschalen, wie Wolter-Designs, um sie zu sammeln und zu fokussieren.

Kodierte Aperturen und Teilchenverfolgung

Gammastrahlen werden nicht durch Fokussierung abgebildet, sondern indem sie Schatten durch kodierte Masken werfen oder indem die Elektron-Positron-Paare und Compton-Streuungen verfolgt werden, die sie in geschichteten Detektoren erzeugen.

Abbildende atmosphärische Cherenkov-Technik

Die energiereichsten Gammastrahlen werden vom Boden aus detektiert, indem die kurzen Blitze von Cherenkov-Licht abgebildet werden, die von den Luftschauern ausgelöst werden, die sie in der Atmosphäre hervorrufen.

Clinical relevance

Hochenergieinstrumente untersuchen akkretierende Schwarze Löcher und Neutronensterne, Supernova-Überreste, aktive galaktische Kerne, Gammastrahlenblitze und heißes Clustergas und offenbaren die extremste Physik im Universum, die bei niedrigeren Energien unsichtbar ist.

History

Giacconis und Rossis Raketenflug von 1962 entdeckte die erste kosmische Röntgenquelle und leitete die Röntgenastronomie ein. Wolters Streiflichtdesigns ermöglichten abbildende Röntgenteleskope wie Einstein und Chandra, während Gammastrahlenmissionen und bodengestützte Cherenkov-Arrays den Hochenergiehimmel erschlossen.

Key figures

• Riccardo Giacconi
• Bruno Rossi
• Hans Wolter

Seminal works

• seward2010
• longair2011
• giacconi1962

Frequently asked questions

Wie bilden Röntgenteleskope Bilder, wenn Röntgenstrahlen normale Spiegel durchdringen?

Röntgenstrahlen reflektieren effizient nur, wenn sie eine Oberfläche in sehr flachen Winkeln streifen. Röntgenteleskope verwenden daher Sätze von verschachtelten, tonnenförmigen Spiegeln, an denen die Strahlen entlanggleiten und sie allmählich zu einem gemeinsamen Fokus biegen, eine Konfiguration, die als Streiflicht- oder Wolter-Optik bekannt ist.

Wie können die energiereichsten Gammastrahlen vom Boden aus untersucht werden?

Solche Gammastrahlen sind zu selten und zu energiereich, um sie direkt mit Satelliten zu detektieren. Wenn eine auf die Atmosphäre trifft, erzeugt sie eine Kaskade von Teilchen, die einen schwachen Blitz von Cherenkov-Licht aussenden, den bodengestützte Teleskop-Arrays abbilden, um die Energie und Richtung des Gammastrahls zu rekonstruieren.