Die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA schickt am 9. Dezember ein neues Röntgen-Weltraumteleskop ins Weltall. Der Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) soll die Polarisation von Röntgenstrahlen untersuchen, die uns aus einigen der extremsten Quellen des Universums erreichen. Dazu gehören beispielsweise Neutronensterne, Pulsare und Schwarze Löcher. 

Es wird die erste NASA-Mission zur Messung der Röntgenpolarisation sein, bei der der Polarisationszustand des Lichts von astrophysikalischen Quellen untersucht wird. Die Polarisierung von Licht hat mit der Richtung zu tun, in der das elektromagnetische Feld schwingt, wobei das elektromagnetische Feld, aus dem das Licht besteht, hauptsächlich in eine Richtung schwingt.

Wenn Röntgenlicht ein Material durchdringt, veranlasst der elektrische Anteil der elektromagnetischen Welle die Elektronen dazu, ein Photon zu emittieren, das den Anschein erweckt, dass das ursprüngliche Photon seine Richtung geändert hat oder gestreut wurde. Dieses neue Photon wird senkrecht zu der Ebene polarisiert, die durch das ursprüngliche Photon und das gestreute Photon gebildet wird, heißt es bei der NASA.  

Eine weitere Möglichkeit, Röntgenstrahlen zu polarisieren, besteht darin, dass die Bahnen von Elektronen, die sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen (relativistische Elektronen) durch ein Magnetfeld gebogen werden. Die Elektronen bewegen sich in dem Feld spiralförmig und geben dabei Photonen ab. Doch das elektromagnetische Feld dieser Photonen ist polarisiert und schwingt in eine Richtung – auch Synchrotronstrahlung genannt. Es gibt also mehrere Möglichkeiten und somit Richtungen, aus denen das Licht eines Objektes kommen kann.

Es gibt beispielsweise Wolken in der Nähe des galaktischen Zentrums, die im Röntgenlicht hell sind. Warum diese Wolken zu diesem Zeitpunkt hell sind, wissen Forschende aber nicht. Wenn man die Polarisation kosmischer Röntgenstrahlen messen kann, könnten die Wissenschaftler grundlegende Fragen beantworten – beispielsweise: Wie, wann und warum Gravitations-, elektrische und magnetische Felder an ihre Grenzen kommen? 

Besonders bei weit entfernten Objekten fällt es schwer, solche Antworten zu finden. Deswegen ist IXPE mit drei identischen Röntgenteleskopen ausgestattet, die Polarisationsdetektoren für jeden Fokus besitzen. Die Analyse der Verteilung der Anfangsrichtungen der Photoelektronenspuren ergibt den Polarisationsgrad und den Positionswinkel zum einfallenden Röntgenstrahl.

"IXPE wird den Astronomen ein neues Fenster zum Universum öffnen, durch das sie blicken können. Heute können wir nur raten, was wir finden werden", erklärte der Direktor der Abteilung Astrophysik für das Direktorat für wissenschaftlichen Missionen, Paul Hertz, als er 2017 die Auswahl des Projektes bekanntgab. 

Das IXPE-Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen der NASA und der italienischen Raumfahrtagentur. Es soll am 9. Dezember 2021 an Bord einer SpaceX Falcon 9 vom Kennedy-Startkomplex 39A aus starten. Das Startfenster soll sich um sieben Uhr (MEZ) öffnen und um 8.30 Uhr wieder schließen.