Telescopio a raggi X: cos’è, osservare oggetti remoti

Un telescopio a raggi X ( XRT ) è un telescopio progettato per osservare oggetti remoti nello spettro dei raggi X. Per superare l’ atmosfera terrestre , che è opaca ai raggi X, i telescopi a raggi X devono essere montati su razzi, palloni o satelliti artificiali ad alta quota.

Concetto di osservatorio internazionale a raggi X

Gli elementi base del telescopio sono l’ ottica (focheggiante o collimante ), che raccoglie la radiazione che entra nel telescopio, e il rivelatore , sul quale la radiazione viene raccolta e misurata. Per questi elementi sono stati utilizzati diversi design e tecnologie.

Molti dei telescopi esistenti sui satelliti sono costituiti da copie multiple o variazioni di un sistema rivelatore-telescopio, le cui capacità si sommano o si completano a vicenda e da elementi aggiuntivi fissi o rimovibili (filtri, spettrometri) che aggiungono funzionalità allo strumento.

Ottica

I metodi più comuni utilizzati nell’ottica a raggi X sono gli specchi a incidenza radente e le aperture collimate .

Specchi di messa a fuoco

NuSTAR, ha catturato queste prime viste mirate del buco nero supermassiccio nel cuore della nostra galassia in luce a raggi X ad alta energia.

L’utilizzo di specchi a raggi X consente di focalizzare la radiazione incidente sul piano del rivelatore. Diverse geometrie (ad esempio Kirkpartick-Baez o Lobster-eye) sono state suggerite o impiegate, ma quasi la totalità dei telescopi esistenti impiega qualche variazione del progetto Wolter I. I limiti di questo tipo di ottica a raggi X si traducono in campi visivi molto più ristretti (tipicamente <1 grado) rispetto ai telescopi visibili o UV.

Rispetto alle ottiche collimate, le ottiche di focalizzazione consentono:

  • un’immagine ad alta risoluzione
  • un’elevata sensibilità del telescopio: poiché la rivelazione è focalizzata su una piccola area, il rapporto segnale/rumore è molto più alto per questo tipo di strumenti.

Messa a fuoco dei raggi X con riflessione radente

Gli specchi possono essere realizzati in ceramica o lamina metallica ricoperta da un sottile strato di materiale riflettente (tipicamente oro o iridio ). Specchi basati su questo lavoro di costruzione sulla base della riflessione totale della luce ad incidenza radente.

Questa tecnologia è limitata nell’intervallo di energia dalla relazione inversa tra l’angolo critico per la riflessione totale e l’energia della radiazione. Il limite nei primi anni 2000 con gli osservatori a raggi X Chandra e XMM-Newton era di circa 15 chiloelettronvolt ( keV) di luce. Utilizzando nuovi specchi con rivestimento multistrato, lo specchio a raggi X per il telescopio NuSTAR ha spinto questa luce fino a 79 keV. Per riflettere a questo livello, gli strati di vetro sono stati multistrato con tungsteno (W)/ silicio (Si) o platino (Pt)/ carburo di silicio (SiC).

Ottica collimante

Mentre i precedenti telescopi a raggi X utilizzavano semplici tecniche di collimazione (ad esempio collimatori rotanti, collimatori a filo), la tecnologia attualmente più utilizzata impiega maschere di apertura codificate. Questa tecnica utilizza una griglia con motivo ad apertura piatta davanti al rivelatore. Questo design risulta meno sensibile dell’ottica di focalizzazione e la qualità dell’immagine e l’identificazione della posizione della sorgente sono molto inferiori, tuttavia offre un campo visivo più ampio e può essere impiegato a energie più elevate, dove l’ottica a incidenza radente diventa inefficace. Anche l’imaging non è diretto, ma l’immagine è piuttosto ricostruita dalla post-elaborazione del segnale.

Rivelatori

Diverse tecnologie sono state impiegate su rivelatori per telescopi a raggi X, che vanno da contatori come camere di ionizzazione, contatori geiger o scintillatori a rivelatori di immagini come sensori CCD o CMOS . L’utilizzo di microcalorimetri, che offrono la capacità aggiuntiva di misurare con grande precisione l’energia della radiazione, è previsto per le future missioni.

Missioni che impiegano telescopi a raggi X

Storia dei telescopi a raggi X

Il primo telescopio a raggi X che utilizzava l’ottica ad incidenza radente Wolter di tipo I fu impiegato in un esperimento a bordo di un razzo il 15 ottobre 1963, 1605 UT a White Sands nel New Mexico, utilizzando un controllo di puntamento della Ball Brothers Corporation su un razzo Aerobee 150 per ottenere il Immagini a raggi X del Sole nella regione di 8-20 angstrom. Il secondo volo avvenne nel 1965 presso lo stesso sito di lancio (R. Giacconi et al., ApJ 142 , 1274 (1965)).

L’ Osservatorio Einstein (1978-1981), noto anche come HEAO-2, è stato il primo osservatorio orbitante a raggi X con un telescopio Wolter di tipo I (R. Giacconi et al., ApJ 230 ,540 (1979)). Ha ottenuto immagini a raggi X ad alta risoluzione nell’intervallo energetico da 0,1 a 4 keV di stelle di tutti i tipi, resti di supernova, galassie e ammassi di galassie. HEAO-1 (1977–1979) e HEAO-3 (1979–1981) erano altri in quella serie. Un altro grande progetto è stato ROSAT (attivo dal 1990 al 1999), che era un osservatorio spaziale a raggi X pesante con ottiche a raggi X focalizzanti.

Il Chandra X-Ray Observatory è tra i recenti osservatori satellitari lanciati dalla NASA e dalle agenzie spaziali di Europa, Giappone e Russia. Chandra ha operato per più di 10 anni in un’orbita ellittica alta, restituendo migliaia di immagini di 0,5 secondi d’arco e spettri ad alta risoluzione di tutti i tipi di oggetti astronomici nell’intervallo di energia da 0,5 a 8,0 keV. Molte delle spettacolari immagini di Chandra possono essere viste sul sito web della NASA/Goddard.

NuStar è uno dei più recenti telescopi spaziali a raggi X, lanciato nel giugno 2012. Il telescopio osserva la radiazione in un intervallo di alta energia (3–79 keV) e con alta risoluzione. NuStar è sensibile ai segnali a 68 e 78 keV dal decadimento di 44 Ti nelle supernove.

Gravity and Extreme Magnetism (GEMS) avrebbe misurato la polarizzazione dei raggi X, ma è stato cancellato nel 2012.


https://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_telescope

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