La NASA ha lanciato un prototipo di telescopio e strumento per osservare i raggi X emessi da Cassiopea A, i detriti in espansione di una stella esplosa. Il razzo per imaging a raggi X del microcalorimetro ad alta risoluzione (Micro-X) è stato lanciato il 22 luglio a bordo di un veicolo di lancio suborbitale chiamato razzo sonda e ha testato con successo la sua tecnologia di rilevamento.

"Il tempo di volo di un razzo sonda è breve rispetto ai satelliti in orbita, quindi devi ottenere quanta più luce possibile per fare la scienza che vuoi, " ha detto il Principal Investigator Enectali Figueroa-Feliciano, professore associato di fisica alla Northwestern University di Evanston, Illinois. "Ci sono solo un paio di sorgenti di raggi X nel cielo che sono abbastanza luminose per i pochi minuti di tempo di osservazione che tali voli ci danno, e Cassiopea A è una delle più brillanti. Il nostro studio si baserà sulle attuali conoscenze sui resti di supernova, come sono esplose e si sono evolute, e avremo nuove intuizioni sulla storia di Cassiopea A."

Lanciato dalla gamma di missili White Sands dell'esercito degli Stati Uniti nel New Mexico, Micro-X è salito a un'altitudine di 100 miglia (160 chilometri), necessaria per rilevare i raggi X che vengono assorbiti dall'atmosfera terrestre, e ha osservato il resto per i successivi cinque minuti. Al suo apice Micro-X ha raggiunto un'altitudine di 167 miglia (270 chilometri).

La missione incorpora la prima serie di microcalorimetri a raggi X con sensore a bordo di transizione per volare nello spazio. Questi sensori agiscono come termometri altamente sensibili e sono i rivelatori ideali per un telescopio a raggi X.

Il microcalorimetro è composto da tre parti principali:un assorbitore che assorbe la luce e la converte in calore, un termistore che altera la propria resistenza a causa del cambiamento di temperatura e un dissipatore di calore che raffredda nuovamente il microcalorimetro.

Per Micro-X, un frigorifero raffredda il rilevatore a circa 459 gradi sotto zero Fahrenheit (0,075 gradi Celsius sopra lo zero assoluto), o quasi alla temperatura minima possibile. Quando lo strumento rileva i raggi X, l'energia della luce viene convertita in calore. Questo provoca un leggero aumento della temperatura, spingendo il frigorifero a riportare il rilevatore alla sua temperatura originale. L'energia di ciascun raggio X può essere determinata dalla variazione di temperatura.

Una delle tante domande a cui gli scienziati sono interessati a utilizzare i dati per rispondere è se le temperature dei gas espulsi dall'esplosione della stella sono le stesse per ferro e silicio, due elementi che sono stati precedentemente misurati dall'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA. Tale analisi non era possibile con gli spettrometri di Chandra.

"Con Chandra, diverse regioni del residuo di supernova si sovrappongono nello spettrometro, " ha detto F. Scott Porter, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, chi partecipa alla missione. "Micro-X è diverso perché può catturare ogni singolo fotone nel suo campo visivo, dire l'energia esatta e creare uno spettro."

Le informazioni raccolte da Micro-X verranno utilizzate anche per aiutare a rispondere alla domanda su quanto ossigeno risiede in Cassiopea A, creare un rilievo dei vari altri elementi nel residuo e misurare la velocità dell'ejecta ad anello dalla stella esplosa.

Un aspetto della ricerca che non era possibile prima di Micro-X era la misurazione delle righe spettrali deboli. Queste osservazioni ora diranno agli scienziati quali gas sono presenti, nonché la loro velocità e direzione. Ciò è possibile perché la luce proveniente da sorgenti che si avvicinano o si allontanano da noi provoca uno spostamento della lunghezza d'onda a seconda della loro velocità, un fenomeno noto come spostamento Doppler.

Sia la missione di Micro-X che l'utilizzo dei sensori di transizione continueranno in futuro. Il team di Micro-X intende dirigere la propria attenzione su altri oggetti cosmici. "Nei voli futuri possiamo guardare ad altre fonti come altri resti di supernova o ammassi di galassie, " ha detto Figueroa-Feliciano. "Abbiamo anche pensato di utilizzare questo tipo di razzo per cercare la materia oscura".

I sensori di transizione saranno anche incorporati nelle prossime missioni orbitali. Telescopio avanzato dell'ESA (Agenzia spaziale europea) per l'astrofisica delle alte energie (ATHENA), previsto per il lancio nei primi anni 2030, brandirà un array di circa 5, 000 pixel, quasi 40 volte più grande del rivelatore da 128 pixel di Micro-X. ATHENA studierà le strutture dei gas caldi, come i gruppi di galassie, e condurrà un censimento dei buchi neri.