Micrografía electrónica de sección transversal a través de una rejilla CAT que muestra los nano espejos atómicamente lisos (izquierda), y una rejilla CAT de 32 mm de ancho probada recubierta con platino usando deposición de capa atómica (derecha). Crédito:R. Heilmann, MIT, y A. Bruccoleri, Izentis, LLC
La tecnología de la óptica de rayos X ha progresado de tal manera que los futuros observatorios de rayos X de astrofísica tendrán un rendimiento de órdenes de magnitud mejor que los observatorios existentes, como el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. La espectroscopia de rayos X suaves de alta resolución ofrece observaciones particularmente útiles que pueden proporcionar información sobre la evolución de la estructura a gran escala en el universo. condiciones cerca de los agujeros negros, atmósferas estelares, y más.
Los espectrómetros que emplean nuevas rejillas de rayos X de transmisión de ángulo crítico (CAT) prometen poder de resolución espectral, R, tan alto como 5000, al menos de 5 a 10 veces mayor que el de los instrumentos actuales. En 2016, un equipo patrocinado por SMD produjo y demostró con éxito esta nueva tecnología. Un alto poder resolutivo, El espectrómetro de rejilla objetiva de rayos X suave para su despliegue en el espacio requiere una óptica de enfoque liviana con muy buena resolución angular y rejillas que puedan dispersar los rayos X a los ángulos más grandes posibles con alta eficiencia y aberraciones mínimas. Darse cuenta del desafiante diseño de la rejilla CAT requirió casi una década de desarrollo y avances en la tecnología avanzada de nanofabricación, incluido el modelado, grabado y deposición a nivel atómico. Demostrar esta capacidad en el laboratorio fue un desafío, sin embargo, y requirió una combinación de procesos únicos de nanofabricación de última generación y hardware de prueba, como una línea de rayos X larga y una fuente espectralmente estrecha.
Las futuras misiones de rayos X que empleen esta tecnología proporcionarán una espectroscopia de línea de emisión y absorción muy mejorada de fuentes astrofísicas de alta energía, como los vientos de los agujeros negros y el gas caliente en la red cósmica. Otras aplicaciones potenciales de las rejillas CAT incluyen espectrógrafos para observaciones de la heliosfera, óptica para instalaciones de rayos X de alta potencia, y filtros para mediciones de partículas neutras en la magnetosfera de la Tierra.
Rejilla CAT de gran superficie reciente junto a un cuarto de moneda de EE. UU. Crédito:R. Heilmann, MIT, y A. Bruccoleri, Izentis, LLC
En 2016, tres instituciones colaboraron para producir y demostrar esta nueva tecnología. El Laboratorio de Nanotecnología Espacial del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) Kavli Institute proporcionó rejillas CAT de silicio de relación de aspecto ultra alta de período de 200 nm de última generación recubiertas con una capa delgada de platino que permitía la difracción en ángulos de hasta 18 veces más grandes que los que soportan los espectrómetros Chandra. La instalación de luz parásita del Centro de Vuelo Espacial Marshall de 100 m de largo sirvió como línea de haz, y el grupo de óptica de rayos X del Goddard Space Flight Center proporcionó una óptica liviana de enfoque de alta resolución. El análisis preliminar de esta demostración mostró que R mucho más alto que 10, 000:se cree que es un récord mundial de espectroscopia de rejilla en la banda de rayos X. La tecnología de rejillas CAT continúa perfeccionándose para lograr una mayor eficiencia y rejillas más grandes. Esta tecnología se está proponiendo actualmente para su uso en una misión satelital Explorer llamada Arcus y se está estudiando para su uso potencial en el concepto de misión Lynx. un sucesor potencial de Chandra en la próxima década.
