Un equipo dirigido por científicos de la Universidad Metropolitana de Tokio ha creado ópticas de peso ligero sin precedentes para telescopios espaciales de rayos X, rompiendo el equilibrio tradicional entre resolución angular y peso. Utilizaron la tecnología del Sistema Micro Electromecánico (MEMS), creando patrones intrincados en obleas de silicio que podían dirigir y recolectar rayos X. Al recocer y pulir, se dieron cuenta de características ultranítidas que podrían competir con el rendimiento de los telescopios existentes por una fracción del peso, con un costo de lanzamiento significativamente menor.

La astronomía de rayos X es una herramienta vital que ayuda a los científicos a estudiar y clasificar la amplia gama de cuerpos celestes que emiten e interactúan con los rayos X, incluido nuestro planeta. Pero hay un problema:la mayor parte de la radiación de rayos X se absorbe en nuestra atmósfera, lo que significa que los telescopios y detectores deben lanzarse al espacio. Esto conlleva toda una gama de limitaciones, en particular, qué tan pesado puede ser el dispositivo.

Una de las características clave de toda la óptica de observación astronómica es su resolución angular, o el ángulo que pueden formar dos fuentes de luz con un detector y aun así identificarse individualmente. El problema con la óptica de rayos X convencional es que para alcanzar resoluciones más altas, los dispositivos se vuelven cada vez más pesados. Esto hace que lanzarlos al espacio sea muy costoso. Incluso para el telescopio Hitomi lanzado en 2016, considerado increíblemente ligero, el peso efectivo fue de 600 kg por metro cuadrado de área efectiva.

Ahora, un equipo dirigido por el profesor asociado Yuichiro Ezoe y Aoto Fukushima ha roto este compromiso al diseñar una unidad de alto rendimiento que pesa solo 10 kg por metro cuadrado. Utilizaron la tecnología Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS), una técnica diseñada para fabricar actuadores mecánicos microscópicos, para modelar diseños nítidos e intrincados en obleas de silicio que pueden dirigir y recolectar rayos X. El diseño en sí sigue la geometría Wolter I de los telescopios de rayos X existentes, una matriz concéntrica de rendijas en forma de anillo de árbol que pueden empujar los rayos X que ingresan a través de un rango estrecho de ángulos y recogerlos en un punto.

En particular, el equipo refinó el patrón en sí. Después de grabar las rendijas usando una técnica llamada grabado profundo de iones reactivos (DRIE), descubrieron que había una rugosidad en la superficie de los patrones que podía manchar la colección de rayos X, disminuyendo efectivamente la resolución. Recocieron el patrón, aplicando calor en un dispositivo especial durante tiempos sin precedentes. Con un recocido progresivamente más largo, los átomos de silicio en la superficie de los patrones pudieron moverse más, redondeando cualquier aspereza y mejorando la resolución angular del telescopio. A esto le siguió un esmerilado y un pulido químico para enderezar los bordes redondeados de las hendiduras.

Es importante destacar que el rendimiento informado por el equipo coincide con el de los telescopios que ya están en acción. Su peso lo hace especialmente adecuado para la misión GEO-X, un satélite diseñado para visualizar la magnetosfera de la Tierra. El equipo tiene como objetivo el peso total asombrosamente bajo de 50 kg, un avance tecnológico que puede hacer que futuras misiones se envíen a órbita a costos incomparablemente más bajos.

Los resultados de su investigación se publican en Optics Express . + Explora más

El diseño radicalmente diferente del telescopio ofrece una mirada más profunda al espacio