Ein künstlerisches Konzept der PRIMA-Mission (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/ESO/S. Brunier)
Die Teams, die hinter zwei potenziellen neuen Weltraumteleskopen stehen, haben mit ihren abschließenden Designstudien begonnen, während sie sich ein Kopf-an-Kopf-Rennen liefern, um herauszufinden, welches das erste der neuen „Sonden“-Missionsklasse der NASA sein wird.
PRIMA, die Probe far-Infrared Mission for Astrophysics, wird das Universum bei der längsten Infrarot-Wellenlänge untersuchen und damit die Lücke zwischen dem, was das James Webb Space Telescope (JWST) im nahen und mittleren Infrarot sehen kann, und dem, was Radioteleskope beobachten, schließen. Am 8. November traf sich das internationale PRIMA-Team – unter der Leitung von Jason Glenn vom Goddard Space Flight Center der NASA und mit Forschern aus den USA und Europa – im Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien zu einem Workshop, um die Designstudie einzuleiten.
Die Mission, gegen die PRIMA antritt, ist AXIS, der Advanced X-ray Imaging Satellite. Unter der Leitung von Chris Reynolds von der University of Maryland soll AXIS schwarze Löcher in weit entfernten Galaxien im frühen Universum untersuchen, die vom JWST entdeckt wurden, und erforschen, wie aktive schwarze Löcher und Ausbrüche von Supernova-Explosionen die sie umgebenden Galaxien beeinflussen können. Die Mission würde auch nach „Transienten“ Ausschau halten – Blitze von Röntgenlicht, die von explodierenden Sternen, Gammastrahlenausbrüchen, Störungen an magnetischen Neutronensternen oder sporadischer Akkretion an schwarzen Löchern stammen könnten.
Die beiden Teams haben bis 2026 Zeit, ihre Argumente vorzubringen, wofür sie jeweils 5 Millionen Dollar erhalten haben, und die ausgewählte Mission wird im Jahr 2032 fliegen.
PRIMA wird vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg unterstützt, wo Forscher wichtige Komponenten für die Mission bauen werden, darunter zwei hochpräzise, aktiv gesteuerte Strahlenlenkungsspiegel, so genannte „Zwei-Achsen-Focal-Plane-Chopper“. Diese sind in der Lage, das Licht, das in das Teleskop eintritt und von seinem 1,8 Meter großen Aluminiumspiegel reflektiert wird, auf die Sensoren in den beiden PRIMA-Instrumenten zu lenken, so dass hochauflösende Ansichten von jedem Teil des Himmels im Sichtfeld des Teleskops möglich sind.
Bei diesen beiden Instrumenten handelt es sich um PRIMAger (PRIMA Imager) und FIRESS (Far-Infrared Enhanced Survey Spectrometer), die Licht bei Wellenlängen zwischen 24 und 261 Mikrometern beobachten werden (das JWST kann bis zu 28,3 Mikrometern sehen, was dem äußersten Ende des mittleren Infrarotbereichs entspricht). PRIMA wäre 100-mal empfindlicher als seine Vorgängermissionen, das Spitzer-Weltraumteleskop der NASA und das Herschel-Weltraumobservatorium der Europäischen Weltraumorganisation, und das Team, das dahinter steht, behauptet, dass es in der Lage sein wird, die chemische Zusammensetzung von Planeten bildenden Scheiben um junge Sterne im Detail zu messen.
Da das Licht im fernen Infrarot leicht von der Wärmeabstrahlung des Teleskops selbst übertönt werden kann, muss PRIMA kryogenisch auf -269 Grad Celsius (-452 Grad Fahrenheit) abgekühlt werden, was nur vier Grad über dem absoluten Nullpunkt liegt. Dies hat jedoch den Vorteil, dass die Instrumente supraleitende Sensoren, so genannte kinetische Induktivitätsdetektoren (KIDs), verwenden können, die einzelne Photonen zählen und deren Energie und Ankunftszeit genau aufzeichnen. Supraleiter sind genau das, wonach sie klingen: Materialien, die Elektronen besonders effizient leiten und sich Quanteneffekte zunutze machen, aber um zu funktionieren, müssen sie bei niedriger Temperatur sein.
Angesichts der Bedenken hinsichtlich der Langlebigkeit des Chandra-Röntgenobservatoriums im NASA-Budget wäre AXIS eine rechtzeitige Mission, um die Lücke zu schließen, falls Chandra zur Abschaltung gezwungen wird. AXIS würde zusammen mit dem JWST schwarze Löcher untersuchen, die vor über 13 Milliarden Jahren existierten. Auf der anderen Seite deckt PRIMA einen Wellenlängenbereich ab, den es derzeit nicht gibt – Astronomie im fernen Infrarot kann nur im Weltraum betrieben werden, da die Hitze der Erde diesen Bereich überdeckt – und es könnte auch mit dem JWST zusammenarbeiten, um stern- und planetenbildende Regionen im Universum zu untersuchen. Es ist eine schwierige Entscheidung, die die NASA treffen muss.
Die Gelegenheit für beide Missionen ergab sich dank der Empfehlung der jüngsten dekadischen Astrophysik-Studie, die feststellte, dass sich die nächste Generation „großer Observatorien“, die Hubble, Chandra und sogar das JWST ersetzen sollen, um mehrere Jahrzehnte verzögern könnte. Um diese Lücke zu schließen, schlug die Dekadische Studie eine neue Klasse mittelgroßer Missionen vor, deren Budget auf 1 Milliarde Dollar (ohne Startkosten) begrenzt ist und die in den 2030er Jahren starten könnten, ohne dass zu viel Entwicklungszeit erforderlich wäre. Diese Missionen der Sondenklasse werden Chancen eröffnen, die sich vielleicht nie ergeben hätten, wenn die NASA alles auf das nächste milliardenschwere Projekt wie das JWST gesetzt hätte.
Welche Mission auch immer ausgewählt wird, sie wird wertvolle Arbeit leisten und uns neue Dinge über den Kosmos lehren.
