Ο σχεδιασμός ενός ριζικά διαφορετικού τηλεσκοπίου προσφέρει βαθύτερη διείσδυση στο διάστημα

24/07/2019       Egno Editorial

Διατομή ενός τυπικού διαστημικού τηλεσκοπίου τύπου Wolter με κάτοπτρα (επάνω) σε αντιπαράθεση με το σχέδιο που χρησιμοποιεί σύνολο μικροκατασκευασμένων πρισμάτων για να κάμψουν το φως προς το εστιακό σημείο.

Ένας ριζικά διαφορετικός τύπος διαστημικού τηλεσκοπίου ακτίνων-Χ σχεδιάστηκε στο KTH (Σουηδικά: Kungliga Tekniska högskolan) [Royal Institute of Technology στη Στοκχόλμη], χρησιμοποιώντας εξελιγμένες οπτικές τεχνικές που αρχικά είχαν στην έρευνα για ιατρική παρακολούθηση. Το τηλεσκόπιο, το οποίο εστιάζει ακτίνες-Χ με ένα μοναδικά οργανωμένο σύνολο πρισματικών φακών, αποκαλύφθηκε με άρθρο που δημοσιεύθηκε στο Nature Astronomy. Οι ερευνητές από το Βασιλικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας KTH, αναφέρουν πώς έχουν καταργήσει τα κάτοπτρα που αντανακλούν το φώς υπέρ ενός δικτύου μικροκατασκευασμένων πλαστικών πρισμάτων.

Ο Mats Danielsson, ερευνητής στην ιατρική τεχνολογία ακτίνων-Χ και ο αστροφυσικός Mark Pearce, αναφέρουν πώς ο σχεδιασμός μειώνει το εστιακό μήκος και το βάρος του τηλεσκοπίου, επιτρέποντας ευρείες περιοχές συλλογής με υψηλή χωρική ανάλυση, έτσι που οι παρατηρήσεις του διαστήματος να μπορούν εμβαθύνουν περισσότερο στο χώρο και να εξετάζουν αντικείμενα που τώρα είναι πολύ αδύναμα για να ανιχνευτούν.

Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη τεχνική για την εστίαση ακτίνων-Χ σε διαστημικά τηλεσκόπια είναι μέσω της χρήσης μιας συστοιχίας καμπύλων κατόπτρων που βαθμιαία κάμπτουν το φως προς το σημείο εστίασης. Επειδή αυτό το φως είναι δύσκολο να εστιάσει, το εστιακό μήκος ενός τέτοιου τηλεσκοπίου τυπικά είναι μακρύ. Το Παρατηρητήριο Ακτίνων-Χ Chandra της NASA, για παράδειγμα, έχει εστιακή απόσταση 10 m. Με το πιο μικρό εστιακό μήκος του τηλεσκοπίου του KTH, μικρότερο από 50 cm, ο Danielsson λέει ότι το σύστημα θα παρέχει μεγαλύτερη οπτική ισχύ, καμπυλώνοντας τις ακτίνες περισσότερο απότομα προς την εστία.

«Αυτό επιτρέπει να κατασκευαστεί ένα τηλεσκόπιο που μπορεί να συλλέξει περισσότερο από 1000 φορές φως από αυτό που μπορούν τα σημερινά διαστημικά τηλεσκόπια ακτίνων-Χ να διαχειριστούν», αναφέρει ο Danielsson. «Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι θα έχει καλή χωρική ανάλυση, το οποίο σημαίνει ότι μπορεί να παρατηρηθούν περισσότερες λεπτομέρειες στην εικόνα που λαμβάνεται. Αυτό θεωρείται σημαντικό για να γίνονται σωστές φυσικές ερμηνείες».

Τα τηλεσκόπια ακτίνων-Χ φέρονται σε διαστημικά σκάφη καθώς οι ακτίνες-Χ απορροφώνται ταχύτατα από την ατμόσφαιρα της Γης και δεν μπορούν να παρατηρηθούν από το έδαφος. Έτσι μέγεθος ωφέλιμου φορτίου και βάρος ενδιαφέρουν. Ένα τέτοιο τηλεσκόπιο, η αποστολή PoGO+ η οποία λειτούργησε σε υψόμετρο 40 km κρεμασμένη από ένα τεράστιο μπαλόνι γεμάτο ήλιο, επέτρεψε στον Pearce και τους συναδέλφους του να πραγματοποιήσουν νέες παρατηρήσεις ακτίνων-Χ προερχόμενες από την γειτονιά ενός πάλσαρ και μιας μαύρης τρύπας – μια μελέτη που ελπίζει να στηρίξει χρησιμοποιώντας το σχεδιασμό του νέου τηλεσκοπίου. Όπως ανέφερε: «Ευελπιστούμε να αναπτύξουμε νέα ελαφρά οπτικά με τον Mats καθώς αυτό θα μας επιτρέψει τελικά να κατασκευάσουμε μια μεγάλη περιοχή και ελαφρών τηλεσκοπίων που θα παράγουν πιο ακριβείς μετρήσεις από αυτές που σήμερα είναι δυνατές».

Η βελτιωμένη ικανότητα του συστήματος να συλλέγει φως θα αποκαλύψει αντικείμενα πολύ αδύναμα για να παρατηρηθούν. «Θα δούμε εξαιρετικά απομακρυσμένα αντικείμενα του πρώιμου σύμπαντος που δεν έχουν ποτέ πριν παρατηρηθεί με ακτίνες-Χ», λέει ο Danielsson. «Αυτό ανοίγει ένα ολόκληρο νέο παράθυρο για να απαντηθούν βασικές ερωτήσεις σχετικές με το σύμπαν».

Ένα πρώτο πρωτότυπο της τηλεσκοπικής τεχνικής έχει ήδη σχεδιαστεί στο KTH και ελεγχθεί στο Ινστιτούτο. Το επόμενο βήμα είναι βελτιστοποιηθεί ο σχεδιασμός των φακών και των συσχετιζόμενων αισθητήρων, μηχανισμών και ηλεκτρονικών. «Τώρα είναι η ώρα να γίνει ένα βήμα από την πρώτη απόδειξη της αρχής σε μια πλήρως ανεπτυγμένη μονάδα για ένα τηλεσκόπιο για να σταλεί στο διάστημα», λέει ο Danielsson.

Πηγή: KTH Royal Institute of Technology

Περισσότερα στη δημοσίευση: A stacked prism lens concept for next-generation hard X-ray telescopes. Nature Astronomy.