Een sonderende raketlancering.(Credit: NASA)

De studie van astronomische objecten bij de hoogste energieën van röntgen- en gammastraling begon in het begin van de jaren zestig. Voor die tijd wisten wetenschappers dat de zon een intense bron was in deze golfbanden, maar hadden zij nog geen andere objecten waargenomen in de röntgenstraling. De atmosfeer van de aarde absorbeert de meeste röntgen- en gammastralen, en daarom waren raketvluchten nodig die wetenschappelijke ladingen boven de atmosfeer van de aarde konden brengen. De eerste raketvlucht waarbij met succes een kosmische bron van röntgenstraling werd gedetecteerd, werd in 1962 gelanceerd door een groep van American Science and Engineering (AS&E), waaronder wetenschappers Riccardo Giacconi, Herb Gursky, Frank Paolini, en Bruno Rossi. Deze raketvlucht gebruikte een kleine röntgendetector, die een zeer heldere bron vond die zij Scorpius X-1 noemden. (Zo genoemd omdat het de eerste gevonden röntgenbron was die aan de hemel verscheen in het sterrenbeeld Schorpioen).

In de jaren zeventig ontwikkelden speciale röntgenastronomiesatellieten, zoals Uhuru, Ariel 5,SAS-3, OSO-8 en HEAO-1, dit wetenschapsgebied in een verbluffend tempo.

Wetenschappers veronderstelden dat röntgenstraling van stellaire bronnen in ons melkwegstelsel voornamelijk afkomstig was van een zogenaamde “röntgenbinar”. De röntgenbinaries bestaan uit een neutronenster in een binair systeem met een normale ster. De röntgenstraling in deze systemen is afkomstig van materiaal dat van de normale ster naar de neutronenster reist in een proces dat ‘accretie’ wordt genoemd. Door het binaire karakter van het systeem konden astronomen de massa van de neutronenster meten. Voor andere stelsels ondersteunde de afgeleide massa van het röntgenstraling uitzendende object het idee van het bestaan van zwarte gaten, omdat ze te massief waren om neutronensterren te zijn. Andere systemen vertoonden een karakteristieke röntgenstralingpuls, net alsulsars in het radio-regime, die het mogelijk maakte de rotatiesnelheid van de neutronenster te bepalen.Tenslotte bleken sommige van deze galactische röntgenbronnen zeer variabel te zijn. Sommige bronnen verschenen aan de hemel, bleven een paar weken helder, en verdwenen dan weer uit beeld. Dergelijke bronnen worden röntgentransiënten genoemd.

Opvatting van een binair röntgenstelsel.(Credit: NASA/GSFC)

De binnenste regio’s van sommige sterrenstelsels bleken ook röntgenstraling uit te zenden. Aangenomen wordt dat de röntgenstraling van deze actieve galactische kernen afkomstig is van ultra-relativistisch gas in de buurt van een zeer massief zwart gat in het centrum van het sterrenstelsel. Tenslotte werd aan de hele hemel een diffuse röntgenemissie vastgesteld.

De studie van de röntgenastronomie werd voortgezet met een groot aantal satellieten die van de jaren 1980 tot het begin van de jaren 2000 actief waren: deHEAO-reeks, EXOSAT, Ginga, RXTE, ROSAT, ASCA, alsook BeppoSAX, die de eerste nagloeiing van een gammastraaluitbarsting (GRB) heeft ontdekt.

Een röntgenmissie die blijft bijdragen aan de gegevens waarover onderzoekers kunnen beschikken is het Chandra X-ray Observatory (CXO), NASA’s huidige vlaggenschip voor röntgenastronomie. Het werd gelanceerd in juli 1999 en is ontworpen om röntgenstraling te detecteren uit zeer hete, hoogenergetische gebieden van het heelal, zoals clusters van sterrenstelsels, zaken rond zwarte gaten en sterren die zijn geëxplodeerd.

Opname van Suzaku in een baan om de aarde. (Krediet: JAXA)

Een andere huidige röntgenmissie is Suzak, die in juli 2005 door Japan werd gelanceerd. Suzak is gezamenlijk ontwikkeld door het Instituut voor Ruimtevaart en Astronautische Wetenschappen van het Japan AerospaceExploration Agency (JAXA) en NASA’s Goddard Space Flight Center.

Europa heeft ook een aandeel in de röntgenobservatie, in de vorm van de X-ray Multi-Mirror Mission van de European Space Agency (ESA), genaamd XMM-Newton. Net als Chandra is Suzak in 1999 gelanceerd. Deze is gebruikt om ultralichte röntgenbronnen te observeren en bewijs te vinden voor zwarte gaten met een gemiddelde massa.

De meest recente röntgenmissie die is gelanceerd is NuSTAR, die is gewijd aan het observeren van harde röntgenstraling (röntgenstraling met een hogere energie dan kan worden waargenomen door andere röntgentelescopen in een baan om de aarde). NuSTAR zal op zoek gaan naar zwarte gaten en andere ingestorte sterren in ons melkwegstelsel, materiaal in kaart brengen in jonge supernovaresten en relativistische jets bestuderen in actieve galactische kernen.

Opname van NuSTAR in een baan om de aarde.(Credit: NASA/JPL-Caltech)

De gegevens van deze satellieten blijven bijdragen tot een beter begrip van de aard van deze bronnen en van de mechanismen waardoor de röntgen- en gammastralen worden uitgezonden. Inzicht in deze mechanismen kan op zijn beurt licht werpen op de fundamentele fysica van ons universum. Door naar de hemel te kijken met röntgen- en gammastraalinstrumenten verzamelen we belangrijke informatie in onze poging om vragen te beantwoorden als hoe het heelal begon en hoe het evolueert, en krijgen we enig inzicht in het uiteindelijke lot ervan.

Bijgewerkt: September 2013