XMM-Newton

Der X-Ray Multi-Mirror (XMM-Newton) Satellit wurde 1999, von der Europäischen Weltraumagentur (ESA) gestartet [1]. XMM-Newton ist die zweite von 4 Meilensteinmissionen in ESAs Horizon 2000 Programm. XMM-Newton ist sensitivster als alle seine Vorgänger und hilft dabei, ungeklärte Fragen, der Kosmologie zu erklären, zum Beispiel was in der Umgebung von schwarzen Löchern passiert und wie sich Galaxien im frühen Universum gebildet haben. Eine künstlerische Darstellung der 10,8 m langen Raumsonde ist in Bild 1 gezeigt.

XMM-Newton ist mit drei Röntgenteleskopen mit jeweils 1600 cm² effektiver Fläche ausgestattet. Die Teleskopoptik besteht aus ineinander verschachtelten Spiegelschalen, die in einer Wolter-1 Konfiguration angeordnet sind. Die Fokussierung entsteht durch die streifende Reflektion der einfallenden Röntgenstrahlung an den Spiegelflächen wie in Bild 2 dargestellt [2]. In der Fokalebene eines jeden Teleskopes befindet sich eine der drei European Photon Imaging Cameras (EPIC). Zwei der EPIC-Kameras nutzen MOS-CCDs [3], für die dritte wurde ein pnCCD, gefertigt im Halbeiterlabor [4], als Sensorelement verwendet. Das Kamerasystem der EPICpn-Kamera wurde in Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik entwickelt. Der monolitische Sensor ist in Bild 2 gezeigt. Er hat eine Größe von 6x6 cm² und 384x400, 150x150 µm² große Pixel. Selbst nach 20 Jahren im Betrieb bietet XMM ausgezeichnete spektroskopische Qualität für die Röntgenastronomie.

Die EPICpn Kamera bietet mehrere verschiedene Auslesemodi. Diese sind jeweils optimiert für die Beobachtung verschiedenster Quellen. So ist es möglich, starke, punktförmige Röntgenquellen wie schwarze Löcher genauso zu beobachten wie leuchtschwache, ausgedehnte Quellen wie heiße Gaswolken [4]. Die Auslese des Sensors erfolgt mit einem Anwendungsspezifischem integriertem Schaltkreis (ASIC), dem CMOS Amplifier and MultiplEXer (CAMEX). Der CAMEX führt eine Multi-Korrelierte Doppelauslese von 64 Kanälen gleichzeitig durch [5], serialisiert die analogen Signale und sendet sie an einen Digitalisierer. Mit einer Auslesezeit von 23 µs pro Zeile erreicht EPICpn ein ausleserauschen von 5 e- ENC.

XMM ist immer noch im Einsatz und erzeugt Wissenschaftliche Daten für Astrophysiker aus aller Welt.

Künstlerische Darstellung des XMM-Newton-Satelliten.

Bild 1

Künstlerische Darstellung des XMM-Newton-Satelliten.

Fokussierung von Röntgenstrahlen mit streifender Einfall in  einem optischen System vom Typ Wolter-1. (Aus  https://en.wikipedia.org/wiki/XMM-Newton)

Bild 2

Fokussierung von Röntgenstrahlen mit streifender Einfall in
einem optischen System vom Typ Wolter-1. (Aus
https://en.wikipedia.org/wiki/XMM-Newton)

 Bild des EPIC pnCCD. Obwohl er fast 20 Jahre alt ist,  liefert er immer noch außergewöhnliche Daten für die wissenschaftliche  Gemeinschaft.

Bild 3

Bild des EPIC pnCCD. Obwohl er fast 20 Jahre alt ist,
liefert er immer noch außergewöhnliche Daten für die wissenschaftliche
Gemeinschaft.

References:

1) L. Strüder et al., A 36 cm2 Large Monolythic pn-CCD X-ray Detector for the European XMM Satellite Mission, Rev. Sci. Ins. 48 (11) (1997), p. 4271

2) F. Jansen et al., XMM-Newton observatory, A&A 365, L1-L6 (2001), doi: 10.1051/004-6361:20000036

3) M. J. L. Turner et al., The European Photon Imaging Camera on XMM-Newton: The MOS cameras, A&A 365 (2001), L27-L35, doi:10.1051/0004-6361:20000087

4) L. Strüder et al., The European Photon Imaging Camera on XMM-Newton: The pn-CCD camera, A&A 365 (2001), L18-L26, doi:10.1051/0004-6361:20000066

5) S. Hermann, Mixed signal pnCCD readout ASIC for the future X-Ray astronomy mission eROSITA, IEEE NSS (2007), doi: 10.1109/NSSMIC.2007.4436626

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