Ett Wolter-I spegelsegment med en tjocklek på 0,6 mm. Denna spegel har en dimension på cirka 100 mm gånger 100 mm. Tiotusentals spegelsegment som detta kommer att riktas in och integreras för att göra en sammansättning för att uppnå flera m2 effektiv yta. Kredit:Bill Hrybyk
Ett röntgenteleskop kännetecknas av fyra parametrar:vinkelupplösning, effektivt område, massa, och produktionskostnad. Forskare vid NASA GSFC har utvecklat en ny röntgenspegelteknik som förväntas förbättra en eller flera av dessa parametrar med åtminstone en storleksordning, jämfört med de speglar som för närvarande används på uppdrag som Chandra X-ray Observatory och Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR).
Denna spegelteknologi kombinerar en poleringsprocess som används för att tillverka optik av högsta kvalitet med användning av monokristallint kisel - ett material som används i halvledarindustrin. Monokristallint kisel är fritt från inre spänningar och möjliggör därigenom utveckling av extremt tunna (mindre än 1 mm) och lätta (yta densitet mindre än 2,5 kg/m2) speglar. GSFC-teamet har arbetat för att perfekta denna teknik sedan 2011, och 2016 utvecklade de en process för att göra Wolter-I (paraboliska eller hyperboliska) speglar så tunna som 0,5 mm med figurkvalitet bättre än 3 bågarsekunder – en tiofaldig förbättring jämfört med NuSTAR-speglarna. Parallellt, teamet utvecklade en bindningsprocess som bevarar figuren och inriktningen av dessa tunna speglar, samtidigt som de kan upprätthålla en typisk rymduppskjutningsvibrationsmiljö.
Denna spegelteknik kommer att möjliggöra observation och studier av supermassiva svarta hål, galaxhopar, och centrum för närliggande galaxer, där otaliga stjärnbinärer som innehåller kompakta objekt som neutronstjärnor och svarta hål finns. Denna monokristallina kiselspegelteknik har potential att möjliggöra ett kvanthopp i kapacitet med en mass- och produktionskostnad som är jämförbar med dagens teknik. Den modulära karaktären hos denna spegelteknik, där en stor spegelenhet är konstruerad av många små spegelsegment, gör den mycket mottaglig för parallell- och massproduktion, båda är väsentliga för att möta tidsplan och kostnadskrav för framtida uppdrag. Likaså, denna teknik är också lämplig för att tillverka spegelenheter för uppdrag av alla storlekar.
Teamet kommer att förfina spegeltillverkningen och bindningsprocesserna för att förbättra figurkvaliteten med minst en storleksordning under de kommande fem till tio åren, så tekniken kommer att vara redo att implementeras på ett stort röntgenobservatorium under 2020-talet.
