La NASA fa parte di un team internazionale che sta sviluppando una telecamera a raggi X microcalorimetrica all'avanguardia che fornirà informazioni straordinariamente dettagliate sui fenomeni cosmici energetici.

Un microcalorimetro a raggi X è uno spettrometro non dispersivo che utilizza un approccio di equilibrio alla misurazione dell'energia:l'energia di un fotone a raggi X riscalda una massa termica isolata, e viene misurata la variazione di temperatura. La risoluzione energetica finale è determinata da quanto bene l'impulso di temperatura può essere misurato su uno sfondo di fluttuazioni termiche; così, gli spettrometri ad alta risoluzione devono funzionare a temperature molto basse ( <0,1 K). L'idea di base per questi strumenti è stata proposta tre decenni fa, ma da allora, sono state sviluppate una varietà di implementazioni e ottimizzazioni, con un costante miglioramento delle capacità e un aumento del numero di elementi di imaging (pixel).

Ad ogni miglioramento, vengono sviluppati nuovi concetti di missione che richiedono array ancora più grandi. Lo strumento Soft X-ray Spectrometer (SXS) della NASA/Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) a bordo della missione JAXA Hitomi aveva 36 pixel, ma lo strumento X-ray Integral Field Unit (X-IFU) che volerà sulla missione Athena dell'Agenzia spaziale europea richiede una matrice di circa 4000 pixel, ciascuno largo circa 0,25 mm (che copre 5 secondi d'arco del cielo). X-IFU sarà una rivoluzionaria fotocamera a raggi X in grado di distinguere decine di migliaia di colori a raggi X. Come parte del consorzio X-IFU, La NASA sta sviluppando l'array di sensori del bordo di transizione (TES) superconduttore impiegato sullo strumento. Questi sensori, composto da termometri Molibdeno/Oro TES e assorbitori di raggi X Oro/Bismuto, ottenere una risoluzione migliore di 2,5 eV.

Fenomeni cosmici che producono raggi X caratterizzano l'evoluzione delle strutture cosmiche sia su grande che su piccola scala. La spettroscopia a raggi X ad alta risoluzione può determinare densità e temperatura, identificare gli ioni e determinare le loro velocità, e consentire agli scienziati di studiare effetti come la turbolenza o l'ambiente vicino a buchi neri supermassicci. Combinando l'imaging con la spettroscopia, uno strumento microcalorimetrico sonda le dinamiche e le variazioni all'interno di oggetti spazialmente estesi come i resti di supernova e gli ammassi di galassie con una sensibilità senza precedenti.

Nel 2016, il team della NASA si è concentrato sulla collaborazione con i partner di SRON, l'Istituto olandese per la ricerca spaziale, per preparare un modello dimostrativo X-IFU che incorpora un array TES kilopixel. Poiché la lettura pianificata per X-IFU utilizza il multiplexing a divisione di frequenza, che prevede l'applicazione di tensioni alternate ai termometri TES, l'obiettivo a breve termine è stato quello di determinare il design ottimale dei pixel per quella modalità di funzionamento. Importanti progressi sono stati ottenuti anche utilizzando tecnologie di multiplexing di backup che applicano una tensione costante ai termometri TES (divisione temporale e divisione di codice). Una dimostrazione di multiplexing a divisione di tempo di una colonna di 32 pixel TES ha ottenuto una risoluzione energetica media di 2,55 eV a 6 keV a una velocità appropriata per la linea di base X-IFU originale. Il team ha completato il layout per un prototipo di array X-IFU a grandezza naturale, e nel prossimo anno questi prototipi saranno fabbricati e testati. Il team ha anche dimostrato con successo che i pixel con caratteristiche diverse (larghezza, Materiali e spessori dell'assorbitore di raggi X, e temperatura di transizione superconduttiva) possono essere incorporati in un singolo array, dovrebbe essere determinato per essere ottimale farlo su X-IFU o un'altra missione.