Een nieuwe ruimtetelescoop zal een ongekend zicht op het heelal openen in ultraviolet licht. De ULTRASAT-satelliet zal fundamentele nieuwe inzichten verschaffen in hoogenergetische fenomenen zoals supernova-explosies, botsende neutronensterren en actieve zwarte gaten, die allemaal ook zwaartekrachtgolven kunnen genereren en fungeren als kosmische deeltjesversnellers.

Op maandag in Rehovot, Israël, de voorzitter van de Helmholtz Vereniging, Otmar D. Wiestler, en de directeur van het Helmholtz-centrum DESY, Helmut Dosch, met het Weizmann Institute of Science overeenstemming bereikt over een samenwerking voor Duitse deelname aan het door Israël geleide project. DESY gaat de 100 megapixel UV-camera bouwen voor de ruimtetelescoop. Voor het project, DESY werkt samen met het Duitse Aerospace Center DLR, die ook lid is van de Helmholtz Vereniging.

"Helmholtz heeft al tientallen jaren uitstekende wetenschappelijke samenwerkingen met Israëlische partners. Samen met het Weizmann Institute of Science, we zetten nu weer een belangrijke stap op het gebied van astrofysica. Ik ben hier zeer tevreden over, " zei Helmholtz President Otmar D. Wiestler. "De samenwerking aan de ULTRASAT-ruimtetelescoop heeft het potentieel om een ​​volledig nieuwe basis te creëren voor de detectie van zwaartekrachtsgolven en aanverwante astrofysische gebeurtenissen, op het hoogste internationale niveau."

DESY-directeur Helmut Dosch voegde toe:"We hebben een lange en vruchtbare samenwerking met een aantal Israëlische partners. We zetten dit succesverhaal nu voort met onze deelname aan het uitdagende satellietproject van het Weizmann Institute of Science." DESY's onderzoeksdirecteur voor astrodeeltjesfysica, Christian Stegmann, benadrukt:"ULTRASAT biedt ons unieke inzichten in het hoogenergetische universum. Met de camera voor de telescoop, DESY zal zijn uitstekende expertise op het gebied van detectorontwikkeling voor astrodeeltjesfysica en röntgenfysica kunnen combineren en bijdragen."

ULTRASAT zal de lucht in het ultraviolette bereik (220 tot 280 nanometer golflengte) van het elektromagnetische spectrum bestuderen en een bijzonder groot gezichtsveld hebben van 225 vierkante graden - ongeveer 1200 keer zo groot als de volle maan aan onze hemel verschijnt. "Deze unieke configuratie zal ons helpen enkele van de grote vragen in de astrofysica te beantwoorden, " zei Eli Waxman, hoofdonderzoeker van ULTRASAT aan het Weizmann Institute of Science.

Bijvoorbeeld, de satelliet gaat op zoek naar de oorsprong van de zware chemische elementen. Afgezien van de lichtste elementen zoals waterstof en helium, de elementen werden bijna uitsluitend gecreëerd door kernfusie in de kosmos. Sterren produceren hun energie uit deze kernfusie, maar dit werkt alleen tot ijzer. Het samensmelten van zwaardere elementen zoals lood of goud kost energie. Hun synthese vindt plaats in de krachtigste processen in het universum, zoals de explosie van een ster als supernova of de botsing van twee neutronensterren - de kernen van uitgebrande zonnen die onder hun eigen gewicht zodanig zijn ingestort dat ze een dichtheid hebben als een gigantische atoomkern. Elk goudatoom op aarde en in de rest van de kosmos is afkomstig van een exploderende zon of van een crash van een neutronenster.

"We willen precies begrijpen hoe de elementen worden geproduceerd en hoe ze worden gedistribueerd, " legt David Berge uit, Hoofdwetenschapper bij DESY. Beide, supernova-explosies en botsingen van neutronensterren zijn bijzonder goed te volgen in UV-licht, zoals Berge aangeeft. "De directe fase van een supernova in de eerste minuten, uren en dagen is vooral te zien in de UV. Gedurende deze periode, het UV-licht bevat karakteristieke handtekeningen die de vorige ster aangeven." Later, er breekt een schokgolf uit de hete vuurbal, waarbinnen geladen subatomaire deeltjes ook worden versneld tot hoge energieën. "De satelliet kan ons daarom helpen de oorsprong van dergelijke kosmische deeltjesversnellers te begrijpen, " zegt Berge. "We willen ook weten welk type ster in welke supernova explodeert."

ULTRASAT is bijzonder gevoelig voor hoogenergetische verschijnselen. "Alles wat extreem heet wordt, schijnt fel in het UV-licht, " meldt DESY-onderzoeker Rolf Bühler, projectmanager voor de UV-camera. Dit omvat actieve zwarte gaten, die materie uit hun omgeving opnemen en ook deeltjes versnellen, en botsende neutronensterren. De waarneming van crashes van neutronensterren kan niet alleen informatie opleveren over de synthese van elementen in de kosmos, maar is ook van groot belang voor onderzoek naar zwaartekrachtgolven. "Als zwaartekrachtsgolven worden geregistreerd door samensmeltende neutronensterren, hun positie kan tot nu toe alleen grof worden bepaald op basis van de zwaartekrachtsgolfgegevens, " legt Bühler uit. "ULTRASAT kan zich binnen maximaal 30 minuten oriënteren op het doelgebied en, dankzij het grote gezichtsveld, kan dan vrijwel direct de exacte positie bepalen."

De satelliet heeft dus een beslissende functie voor het jonge veld van de multi-messenger astronomie (MMA), die het universum bestudeert via verschillende boodschappers zoals kosmische deeltjes, zwaartekrachtsgolven en elektromagnetische straling en vormt een nieuw onderzoeksgebied bij DESY. Met zijn grote gezichtsveld, de satelliet zal een bijzonder groot deel van de hemel in zicht hebben en zal dus ook onbekende objecten kunnen detecteren die plotseling oplaaien in het UV-bereik.

Met een totaalgewicht van slechts 160 kilogram en een volume van nog geen kubieke meter, ULTRASAT (Ultraviolet Transient Astronomy Satellite) is een kleine wetenschappelijke satelliet. Het Weizmann Institute of Science en de Israëlische ruimtevaartorganisatie ISA delen de financiering en het beheer. De lancering staat gepland voor 2023. De ruimtetelescoop gaat dan drie jaar lang data verzamelen. Het zal in een hoge baan rond 35 worden gebracht, 000 kilometer boven het aardoppervlak. Dit garandeert dat storingen door de ultraviolette achtergrondstraling, die de atmosfeer van de aarde weerkaatst door de zon, zijn verwaarloosbaar en maken het mogelijk grote delen van de lucht te onderzoeken. UV-straling kan alleen vanuit een baan worden waargenomen omdat deze grotendeels wordt geabsorbeerd en gereflecteerd door de atmosfeer.

De UV-camera, die DESY ontwikkelt en bouwt, zal het hart van de telescoop zijn. Het krijgt een UV-gevoelig sensorgebied van negen bij negen centimeter en een resolutie van 100 megapixels. Met deze parameters de ontwikkelaars zijn baanbrekend:een UV-ruimtecamera met een dergelijke resolutie en gevoeligheid is nog nooit eerder gebouwd. Voor de camera, DESY-experts in de astrodeeltjesfysica werken samen met specialisten in detectorontwikkeling uit het veld van onderzoek met synchrotronstraling. Met dit project, DESY draagt ​​ongeveer 5 miljoen euro bij aan de satelliet, die in totaal zo'n 70 miljoen euro gaat kosten.