Un team guidato da scienziati della Tokyo Metropolitan University ha creato un'ottica senza precedenti per telescopi spaziali a raggi X, rompendo il tradizionale compromesso tra risoluzione angolare e peso. Hanno utilizzato la tecnologia Micro Electro-Mechanical System (MEMS), creando modelli intricati in wafer di silicio che potrebbero dirigere e raccogliere i raggi X. Ricottura e lucidatura, hanno realizzato caratteristiche ultra nitide che potrebbero rivaleggiare con le prestazioni dei telescopi esistenti per una frazione del peso, con un costo notevolmente inferiore per il lancio.

L'astronomia a raggi X è uno strumento vitale che aiuta gli scienziati a studiare e classificare l'ampia gamma di corpi celesti che emettono e interagiscono con i raggi X, incluso il nostro pianeta. Ma c'è un problema:la maggior parte delle radiazioni di raggi X viene assorbita nella nostra atmosfera, il che significa che telescopi e rivelatori devono essere lanciati nello spazio. Ciò comporta tutta una serie di limitazioni, in particolare quanto può essere pesante il dispositivo.

Una delle caratteristiche chiave di tutte le ottiche di osservazione astronomica è la sua risoluzione angolare, ovvero l'angolo che due sorgenti luminose possono formare con un rivelatore ed essere comunque identificate individualmente. Il problema con l'ottica a raggi X convenzionale è che per raggiungere risoluzioni più elevate, i dispositivi diventano sempre più pesanti. Questo rende il loro lancio nello spazio molto costoso. Anche per il telescopio Hitomi lanciato nel 2016, considerato incredibilmente leggero, il peso effettivo era di 600 kg per metro quadrato di area effettiva.

Ora, un team guidato dal Professore Associato Yuichiro Ezoe e Aoto Fukushima ha rotto questo compromesso progettando un'unità ad alte prestazioni che pesa solo 10 kg per metro quadrato. Hanno utilizzato la tecnologia MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems), una tecnica progettata per realizzare attuatori meccanici microscopici, per modellare disegni nitidi e intricati in wafer di silicio in grado di dirigere e raccogliere i raggi X. Il design stesso segue la geometria Wolter I dei telescopi a raggi X esistenti, una serie concentrica di fessure simili ad anelli di alberi che possono spingere i raggi X che entrano attraverso una ristretta gamma di angoli e raccoglierli in un punto.

In particolare, il team ha perfezionato il modello stesso. Dopo aver inciso le fessure utilizzando una tecnica chiamata incisione ionica reattiva profonda (DRIE), hanno scoperto che c'era una rugosità superficiale dei modelli che poteva macchiare la raccolta di raggi X, diminuendo efficacemente la risoluzione. Hanno ricotto il modello, applicando calore in un dispositivo speciale per tempi senza precedenti. Con una ricottura progressivamente più lunga, gli atomi di silicio sulla superficie dei modelli sono stati in grado di muoversi di più, arrotondando qualsiasi rugosità e migliorando la risoluzione angolare del telescopio. Questa è stata seguita da molatura e lucidatura chimica per raddrizzare i bordi arrotondati delle fessure stesse.

È importante sottolineare che le prestazioni riportate dal team corrispondono a quelle dei telescopi già in azione. Il suo peso lo rende particolarmente adatto alla missione GEO-X, un satellite progettato per visualizzare la magnetosfera terrestre. Il team punta al peso totale incredibilmente basso di 50 kg, una svolta tecnologica che potrebbe portare missioni future in orbita a costi incomparabilmente inferiori.

I risultati della loro ricerca sono pubblicati su Optics Express . + Esplora ulteriormente

Il design del telescopio radicalmente diverso offre uno sguardo più profondo nello spazio