LOFT


LOFT  (Large Observatory For X-ray Timing) ist eine von 4 vorgeschlagenen Missionen des ESA Cosmic Vision Programmes. Mit einer sehr grossen Detektorfläche (~12m²) und einer extrem hohen Zeitauflösung, ist LOFT in der Lage den Zustand von Materie auf Neutronen Sternen und in der Nähe von schwarzen Löchern zu erforschen. Des weiteren erlaubt der Wide Field Monitor (WFM) eine tägliche Durchmusterung des Himmels und kann Variationen von individuellen Röntgenquellen (z.B. höhere Aktivitäten) messen und die Information ohne lange Verzögerung weiterleiten.

(Bild: LOFT Satelit mit verschiedenen Instrumenten, LOFT Homepage )

 


Start: Der voraussichtliche Start für LOFT is 2022. 

Energiebereich:  

Large Area Detector:   ~3-60 keV

Wide Field Monitor:      ~5-60 keV  

 

Instrumente

Die zwei Instrumente auf LOFT sind der Large Area Detector (LAD), der gezielt einzelne Objekte auf extrem kurzen Zeitskalen beobachten kann, und der Wide Field Monitor (WFM), der einen grossen Himmelsbereich simultan beobachtet und somit eine vielzahl von Quellen gleichzeitig überwachen kann. 

 

Large Area Detector (LAD):

Mit einer Detektorfläche von ca. 12m² ist der LAD einer der grössten Detektoren die jemals im Orbit geflogen sind. Der Detektor besteht aus 6 einzelnen Panelen die jeweils aus 21 einzelnen Modulen bestehen. Der gesamte Aufbau ist sehr modular und Ausfälle von einzelnen Modulen haben fast keinen Einfluss auf die Wissenschaftlichen möglichkeiten. Die einzelnen Module bestehen jeweils aus 16 Silikon Drift Detektoren (SDDs), sehr schnelle Halbleiterdetektoren die bereits im ALICE Experiment am CERN anwendung gefunden haben. Eine der grössten Herausforderungen bei diesem Instrument ist die grosse Anzahl an einzelnen Detektoren und elektrischen Komponenten. Pro einzelnen SDD werden 14 ASIC zum auslesen benoetigt, was zu einer Gesamtzahl von 28224 elektronischen Ausleseeinheiten führt. 

(Bild: Aufbau eines einzelnen LAD Panels, LOFT Homepage )

 

Um das Gesichtsfeld eines Detektors einzugrenzen werden Kollimatoren eingesetzt, die vor dem eigentlichen Detektor angebracht werden. Bei der extrem grossen Detektorfläche ist der einsatz von normalen Blei oder Wolfram Kollimatoren aufgrund des Gewichts nicht möglich. Die Entwicklung von Mikrokapillar Kollimatoren erlaubt es eine so grosse Fläche zu bedecken. Bei LOFT wird eine 3mm dicke Bleiglasplatte mit ~20μm grossen Poren erzeugt, die dann chemisch geätzt werden. Der so erzeugte Kollimator kann dann Photonen bis ca. 50 keV absorbieren. 

 

(Bild: Mikrokollimator für den LAD Detektor, LOFT Homepage )

 

 

 

Wide Field Monitor (WFM):

Die Aufgabe des WFM ist die Überwachung eines grossteils des Himmels, um Variationen und Aktivitäten von veränderlichen Quellen (Transients) zu beobachten und schnellstmöglich an die astronomische Community weiterzugeben. Der WFM besteht aus 4 Detektorpaaren, die jeweils paarweise angeordnet sind. Ein paar besteht aus 2 sogenannten 1.5D Detektoren, Coded Mask Detektoren die eine sehr gute Ortsauflösung in eine Dimension, und eine moderate Ortsauflösung in die andere Dimension haben. Die Detektoren des WFM sind ebenfalls SDDs, wobei die einzelnen Anoden ca. einen Faktor 4 kleiner sind, und somit eine sehr gute Ortsauflösung in eine Richtung erfolgen kann. Durch die kleineren Anoden ist die Ortsauflösung höher, und die erzeugte Ladung verteilt sich auf mehrere benachbarte Anoden. Durch anwenden von einfac

hen Rekonstruktionsalgorithmen, kann die Position an dem das Photon eingefallen ist besser als die Anodenbreite aufgelöst werden. Durch die Verteilung kann man dann ebenfalls die Driftdistanz der erzeugten Ladungswolke abschätzen, und somit eine ungefähre Position in die zweite Dimension erfahren. Beide Detektoren in einem paar sind orthogonal zueinander angebracht, so das jeweils ein paar das gleiche Gesichtsfeld hat. Mit den Daten von beiden Detektoren können dann die Positionen und Helligkeiten der einzelnen Quellen rekonstruiert werden. 

(Bild: Vorgeschlagene Konfiguration der WFM Detektoren, LOFT Homepage )

Tübinger Beitrag zu LOFT

Das IAAT ist hauptsächlich am Bau und an der Entwicklung der elektronischen Backend electronic für beide Instrumente beteiligt:

⇒ Die Backend electronic im LAD erfolgt auf 2 Ebenen: Zum einen hat jedes Detektormodul eine eigene Modul Backend Electronic (MBEE), die die Daten direkt vom Detektor verarbeitet und entsprechende korrekturen vornimmt. Zum anderen hat jedes Panel einen Panel Backend Electronic (PBEE), die die einzelnen MBEEs koordiniert, die Daten sammelt und an den Satellitenbus zur transmission auf die Erde weiterleitet. 

⇒ Im WFM erfüllt die Backend electronic ebenfalls eine aehnliche Aufgabe. Die gemessene Ladungsverteilung wird verarbeitet und die Position wird ermittelt. Die so gemessene Position und Energy wird weitergeleitet um ein Bild des beobachteten Bereichs zu rekonstruieren. 

An der Universität Tübingen wird derzeit eine Diplomarbeit durchgeführt, die sich mit dem Aufbau der einzelnen Komponenten des MBEE beschäftigt.