Designen markerar ett radikalt avsteg från de så kallade rymdröntgenteleskopen av Wolter-typ, som förlitar sig på speglar för att rikta röntgenstrålar. Istället byggs den föreslagna optiken genom att stapla skivor inbäddade med prismatiska ringar, skapad med fotoresist genom fokuserad ultraviolett litografi. Kredit:KTH Kungliga Tekniska Högskolan
En radikalt annorlunda typ av röntgenrymdteleskop har designats av forskare i Sverige, med hjälp av avancerad optikteknik som ursprungligen utvecklades inom medicinsk bildforskning.
Teleskopet, som fokuserar röntgenstrålar med en unik Stacked Prism Lens, avslöjades denna vecka i en artikel i Natur astronomi . Forskarna, från Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm, rapportera om hur de har avstått från ljusreflekterande speglar till förmån för ett nätverk av mikrokonstruerade plastprismor.
Mats Danielsson, en forskare inom medicinsk röntgenteknik, och astrofysikern Mark Pearce, säg att designen minskar teleskopets brännvidd och vikt, tillåter stora insamlingsområden med hög rumslig upplösning så att rymdobservationer kan gräva djupare in i universum och undersöka objekt som nu är för svaga för att upptäckas.
Den vanligaste tekniken för att fokusera röntgenstrålar i rymdteleskop är genom användningen av en rad böjda speglar som gradvis böjer ljuset mot brännpunkten. Eftersom detta ljus är svårt att fokusera, brännvidden för ett sådant teleskop är vanligtvis lång. NASA:s Chandra X-Ray Observatory, till exempel, har en brännvidd på 10m. Med KTH-teleskopets kortare brännvidd på mindre än 50 cm, Danielsson säger att systemet skulle ge större optisk kraft, böjer strålarna skarpare till brännpunkten.
"Detta låter dig bygga ett teleskop som kan samla in mer än tusen gånger så mycket ljus som dagens röntgenrymdteleskop kan hantera, ", säger Danielsson. "En annan fördel är att den kommer att ha bra rumslig upplösning, vilket gör att du kan se fler detaljer på bilderna du tar. Detta är viktigt för att göra korrekta fysiska tolkningar."
En tvärsnittsrepresentation av hur den nya designen skiljer sig från röntgenteleskop av Wolter-typ. En samling skivor med mikrokonstruerade prismor styr strålen mot brännpunkten, snarare än paraboloida och hyperboloida speglar. Kredit:Wujun Mi
Röntgenteleskop är utplacerade ombord på rymdfarkoster eftersom röntgenstrålar lätt absorberas av jordens atmosfär och inte kan observeras på marken. Så lastens storlek och vikt spelar roll. Ett sådant teleskop, PoGO+-uppdraget som opererade på en höjd av 40 km upphängt i en enorm heliumfilad ballong, gjorde det möjligt för Pearce och hans kollegor att göra nya observationer av röntgenstrålar som kommer från närheten av en pulsar och ett svart hål - en studie som han hoppas kunna bygga vidare på med hjälp av den nya teleskopdesignen.
"Vi ser fram emot att utveckla den nya lättviktsoptiken med Mats eftersom detta kommer att göra det möjligt för oss att så småningom bygga ett stort område och ett lätt teleskop som ger mer exakta mätningar än vad som är möjligt idag."
Systemets förbättrade förmåga att samla ljus kommer att avslöja föremål som är för svaga för att ses. "Vi kommer att se extremt avlägsna objekt i det tidiga universum och kan också upptäcka nya objekt som aldrig tidigare har observerats med röntgenstrålar, säger Danielsson.
"Detta öppnar ett helt nytt fönster för att svara på grundläggande frågor om universum, " han säger.
En första prototyp av teleskoptekniken har redan designats på KTH och testats i ett laboratorium. Nästa steg är att optimera designen av linserna och tillhörande sensorer, mekanik och elektronik. "Nu är det dags att ta steget från det första principbeviset till en fullt utvecklad modul för ett teleskop som ska skickas upp i rymden, säger Danielsson.
