Scattering and Absorption of X-rays by Interstellar Dust

In dieser Arbeit habe ich die Eigenschaften der interstellaren
Staubpartikel untersucht, wie sie sich aus deren Wechselwirkung mit
Roentgen strahlung ergeben. Tatsaechlich werden Photonen, die von
einer entfernten Punktquelle stammen, von den Staubteilchen nicht
nur absorbiert sondern auch in Vorwaertsrichtung gestreut. Ich habe
mehrere Quellen untersucht, die mit unterschiedlichen Instrumenten
an Bord der Roentgen satelliten Chandra und XMM beobachtet wurden.
Dabei lag der Schwerpunkt sowohl auf den Absorptionsmerkmalen, die
das interstellare Medium den Spektren eingepraegt hat, als auch auf
der spektralen und raeumlichen Untersuchung der gestreuten
Strahlung, die einen Halo aus schwacher diffuser Emission um die
Punktquelle erzeugt. Als vorlaeufigen Schritt habe ich die
instrumentelle Punktbildfunktion der EPIC-pn-Kamera und der
ACIS-Kamera (an Bord von XMM beziehungsweise Chandra) bestimmt
unter Benutzung von Daten aus der Flugphase, und diese mit
Vorhersagen aus Bodenkalibrationen verglichen. Eine genaue Kenntnis
der Punktbildfunktion ist unerlaeßlich fuer eine korrekte
Bestimmung der Flaechenhelligkeitsverteilung der ausgedehnten
gestreuten Emission. Aus der Analyse von sieben Chandra-Quellen
(beobachtet mit ACIS-S und ACIS-I) ergibt sich, daß fuer einige
Quellen (namentlich Cen X-3 und der Große Annihilator die Form der
Flaechenhelligkeitsverteilung eine einfache gleichförmige
Verteilung der Staubkörner entlang der Sichtlinie ausschließt und
stattdessen ein Modell mit einem geklumpten Medium bevorzugt wird.
Dies ist in uebereinstimmung mit der Geometrie der Galaxis selbst:
ein Sehstrahl kann einen oder mehrere Spiralarme durchdringen oder
auch mehrere Wolken. Ich habe einige Bedingungen fuer die Lage
dieser Staubklumpen aufstellen können. Die Untersuchung der
ausgewaehlten Quellen, zusammen mit Daten von frueheren Missionen,
hat es mir erlaubt, die innere Struktur der Staubkörner
einzugrenzen, und die Grenzen der Streutheorie zu analysieren, wenn
diese auf astrophysikalische Objekte angewandt wird. Ich habe mit
einer weiteren Auswahl von Chandra-Quellen, die mit dem
HETG-Spektrometer beobachtet worden waren, ein besonderes
Absorptionsmerkmal (die sogenannten XAFS) untersucht, das von den
festen Teilchen im interstellaren Medium verursacht wird. Die am
meisten absorbierten Quellen erscheinen als die besten Kandidaten
fuer eine erflgreiche Erkennung der XAFS. Da der
Absorptionsquerschnitt fuer Staub den fuer Gas oberhalb von 1.3 keV
uebersteigt, sind die Elemente mit erwarteten XAFS Magnesium und
Silizium. Mittels Beobachtungen von XMM habe ich anhand von Daten
des RGS-Spektrometers und der EPIC-pn-Kamera zwei
Roentgen-Doppelstenssysteme (LMXB) untersucht ({em Cyg X-2,
GX,339-4}). Cyg X-2 ist eine "schwache Haloquelle", was bedeutet,
daß die Staubsaeulendichte relativ gering ist. Wegen dieser bei
weichen Roentgen energien nur moderaten Absorption konnte der
Bereich unterhalb 1 keV sowohl durch Streuung (mittels des
Halospektrums) als auch durch Absorption (durch das hochaufgelöste
RGS-Spektrum der absorbierten Quelle). Von diesem gestreuten
Spektrum konnte -- erstmals -- the Streueigenschaften der Elemente
im Staub bestimmen. Die Daten konnten gut an eine Mischung aus
Graphit und Silikaten angepaßt werden. Bei der Untersuchung des
RGS-Spektrums lag der Schwerpunkt auf der komplexen Struktur der
Sauerstoff-Kante und der Eisen-L-Kante, wo viele
Absorptionsmerkmale gefunden wurden, und ich habe die beobachteten
resonanten Uebergaenge im Lichte neuer Labormessungen
identifiziert.