eROSITA

eROSITA ist das Hauptinstrument an Bord der russisch-deutschen Mission "Spectrum-Roentgen-Gamma" (SRG), die am 13. Juli 2019 erfolgreich von Baikonur aus gestartet und in eine Halo-Umlaufbahn um den Punkt L2 gebracht wurde. eROSITA wird die erste abbildende Himmelsdurchmusterung im mittleren Röntgenbereich bis 10 keV mit beispielloser spektraler Auflösung und Winkelauflösung durchführen.

Das eROSITA-Teleskop besteht aus sieben identischen Wolter-1-Spiegelmodulen. Jedes Modul enthält 54 ineinander verschachtelte Spiegelschalen, um die erforderliche Empfindlichkeit zu erreichen. Ein neuartiges Detektorsystem wurde vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik auf der Basis der erfolgreichen XMM-Newton pn-CCD-Technologie des MPG HLL entwickelt.

Der pnCCD-Detektor ermöglicht eine genaue Spektroskopie der Röntgenstrahlung sowie eine Abbildung mit hoher Zeitauflösung. Er basiert auf dem erfolgreichen XMM-Newton pnCCD-Detektorkonzept, wurde aber in Bezug auf Design und Technologie weiter verbessert. Insbesondere wurde dem Bildbereich ein Bildspeicherbereich hinzugefügt, um die gleichzeitige Aufnahme und das Auslesen in getrennten CCD-Bereichen zu ermöglichen. Die Dicke des gesamten pnCCD-Chips von 450 μm ist gleichmäßig empfindlich für Röntgenstrahlen von sehr niedrigen bis zu sehr hohen Energien. Die Röntgenphotonen-Detektionseffizienz liegt bei mindestens 90 % im Energieband von 0,3 keV bis 10 keV. Der Bildspeicherbetrieb ermöglicht sehr hohe Bildraten von bis zu 200 Röntgenbildern pro Sekunde ohne Bildverschmierung. Das pnCCD ist auf die Anforderungen der eROSITA-Mission zugeschnitten. Diese sind insbesondere eine 3 cm mal 3 cm große Bildfläche (entspricht einem Sichtfeld von einem Grad Durchmesser auf dem Satelliten) mit einer Pixelgröße von 75 μm mal 75 μm.

Die Leistungsaufnahme in der Brennebene beträgt für die insgesamt sieben pnCCD-Kameras etwa 4Watt. Um eine optimale Röntgenspektroskopie zu erreichen, muss die Erzeugung störender Elektron-Loch-Paare durch optisches und UV-Licht im Weltraum verhindert werden. Anstelle der Entwicklung eines externen zerbrechlichen Filters wird ein On-Chip-Lichtfilter direkt auf das Photonen-Eintrittsfenster des Detektors aufgebracht, was mit unserer Bauteil-Produktionstechnologie machbar ist. Eine weitere wichtige Anforderung an die sieben pnCCD-Detektoren auf dem SRG-Satelliten ist der Betrieb über mindestens fünf Jahre ohne Ausfall. Dies schließt die langfristige Stabilität der Detektorleistung ein. Mit dem bestehenden Prototyp unseres analogen Signalprozessors CAMEX zum Auslesen der CCD-Signale erreichen wir bereits ein hervorragendes Ausleserauschen des Detektorsystems von zwei Elektronen rms. Das optimierte Photonen-Eintrittsfenster ermöglicht eine einfache Spektroskopie von Röntgenlinien auch bei Energien unter 0,3 keV. Bei den besten Prototypdetektoren konnten wir auf der gesamten Detektorfläche keinerlei Pixelfehler (weder verrauscht noch hell oder dunkel) beobachten.