En 2031, La ESA lanza su nuevo telescopio espacial de rayos X Athena. El Instituto de Investigación Espacial de los Países Bajos SRON desempeña un papel importante en la construcción de uno de sus dos instrumentos, el espectrómetro X-IFU, produciendo la cámara más los detectores de respaldo. Los científicos de SRON ahora han desarrollado con éxito detectores que están optimizados para una lectura basada en un sistema especial llamado Multiplexación de dominio de frecuencia. Establecieron un nuevo récord mundial de resolución de energía a 6 keV de 1,3 eV.

Desde su órbita alrededor del Sol, 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, Athena mapeará las estructuras de gas caliente en el Universo y estudiará la evolución de los agujeros negros supermasivos. Para eso necesita medir sus espectros con una resolución sin precedentes. Lograr esto, utiliza sensores de borde de transición (TES) superconductores que operan a una temperatura de 50 milikelvin, que puede determinar la energía de fotones individuales. Cuando un fotón golpea un sensor, se calienta proporcionalmente a la energía del fotón. Esto reduce el estado superconductor y la cámara lee una corriente más pequeña de lo habitual, de nuevo proporcionalmente.

Pero leer una corriente no es tan fácil como parece. Desarrollar un sistema de lectura rápido y confiable es en realidad uno de los mayores desafíos para el instrumento X-IFU de Athena. Debe leer 3000 píxeles y evitar aumentos de temperatura del instrumento superiores a una milésima de grado. Sistemas de lectura convencionales, basado en la denominada multiplexación en el dominio del tiempo (TDM), tienen un amplificador por píxel que deben encenderse y apagarse secuencialmente. Para la cadena de detección de respaldo, SRON está desarrollando una lectura basada en Multiplexación de dominio de frecuencia (FDM), donde solo se requiere un amplificador por cuarenta píxeles. El equipo ahora ha ajustado con éxito la geometría del TES para minimizar el comportamiento no deseado que va de la mano con una lectura de FDM y es causado por una impedancia no lineal en el TES.

Este es el resultado de un estudio intensivo de la física de los detectores, dirigido por Luciano Gottardi (SRON) en colaboración con colegas de NASA-Goddard. Los contribuyentes clave son Kenichiro Nagayoshi, quién fabricó los dispositivos litográficos, Martin de Wit y Emanuele Taralli, que ajustó el hardware para cada ronda de prueba y realizó las pruebas, y Marcel Ridder, quienes desempeñaron un papel crucial en la sala limpia para que el proceso fluyera. Cuentan con el apoyo de otros miembros del equipo de SRON, coordinado por Jian-Rong Gao.

Después de muchas rondas de prueba, el equipo ha perfeccionado el diseño del detector y la lectura hacia una resolución espectral récord mundial de 1,3 eV a 6 keV. "Pero mas importante, tenemos una buena comprensión de la física detrás de esto, ", dice Nagayoshi." Eso significa que estamos seguros de que podemos lograr una resolución cada vez más alta. En 2018 comenzamos con 3,5 eV y ahora estamos en 1,3 eV. No tenemos ninguna razón para creer que se detiene aquí ".

Gottardi concluye, "Nos encontramos en una feliz combinación de buenas ideas, buena gente y buenas instalaciones en SRON. Las personas en la sala limpia actualizan los dispositivos rápidamente y podemos probarlos rápidamente y dar retroalimentación de inmediato. Es un bucle suave ".