NASA lanserade ett prototypteleskop och ett instrument för att observera röntgenstrålarna från Cassiopeia A, det expanderande skräpet av en exploderad stjärna. High-Resolution Microcalorimeter X-ray Imaging Rocket (Micro-X) lanserades den 22 juli ombord på en sub-orbital bärraket som kallas sondraket och testade framgångsrikt dess detektorteknik.

"Flyttiden för en sondraket är kort jämfört med satelliter i omloppsbana, så du måste få så mycket ljus du kan för att göra den vetenskap du vill, " sade chefsutredaren Enectali Figueroa-Feliciano, docent i fysik vid Northwestern University i Evanston, Illinois. "Det finns bara ett par röntgenkällor på himlen som är tillräckligt ljusa för de få minuter av observationstid som sådana flygningar ger oss, och Cassiopeia A är en av de ljusaste. Vår studie kommer att bygga på den nuvarande kunskapen om supernovarester, hur de exploderade och utvecklas, och vi kommer att få nya insikter i historien om Cassiopeia A."

Uppskjuten från den amerikanska arméns White Sands Missile Range i New Mexico, Micro-X steg till en höjd av 160 kilometer-som krävs för att upptäcka röntgenstrålar som absorberas av jordens atmosfär-och observerade resterna under de närmaste fem minuterna. På sin höjdpunkt nådde Micro-X en höjd av 167 miles (270 kilometer).

Uppdraget innehåller den första uppsättningen av övergångskantsensorröntgenmikrokalorimetrar som flyger ut i rymden. Dessa sensorer fungerar som mycket känsliga termometrar och är idealiska detektorer för ett röntgenteleskop.

Mikrokalorimetern består av tre huvuddelar:en absorbator som tar in ljus och omvandlar det till värme, en termistor som förändrar sitt eget motstånd på grund av förändrad temperatur och en kylfläns som kyler ned mikrokalorimetern.

För Micro-X, ett kylskåp kyler detektorn till cirka 459 grader under noll Fahrenheit (0,075 grader Celsius över absolut noll), eller nästan lägsta möjliga temperatur. När instrumentet upptäcker röntgenstrålar, ljusets energi omvandlas till värme. Detta leder till en liten temperaturökning, som uppmanar kylskåpet att kyla tillbaka detektorn till sin ursprungliga temperatur. Energin för varje röntgen kan bestämmas utifrån temperaturförändringen.

En av de många frågor som forskare är intresserade av att använda data för att svara på är huruvida temperaturerna på gaserna som kastas ut från stjärnans explosion är desamma för järn och kisel eller inte, två element som tidigare mättes av NASA:s Chandra röntgenobservatorium. En sådan analys var inte möjlig med Chandras spektrometrar.

"Med Chandra, olika regioner av supernovaresterna överlappar varandra i spektrometern, "sa F. Scott Porter, en astrofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, vem som deltar i uppdraget. "Micro-X är annorlunda eftersom det kan ta varenda foton i sitt synfält, berätta den exakta energin och skapa ett spektrum."

Informationen som samlas in av Micro-X kommer också att användas för att svara på frågan om hur mycket syre som finns i Cassiopeia A, skapa en undersökning av de olika andra elementen i kvarlevan och mät hastigheten på det ringliknande utkastet från den exploderade stjärnan.

En aspekt av forskning som inte var möjlig före Micro-X var mätning av svaga spektrallinjer. Dessa observationer kommer nu att berätta för forskare vilka gaser som finns samt deras hastighet och riktning. Detta är möjligt eftersom ljus från källor som rör sig mot eller bort från oss orsakar ett skift i våglängd beroende på deras hastighet, ett fenomen som kallas Doppler -skiftet.

Både Micro-X uppdrag och användningen av övergångskantsensorer kommer att fortsätta i framtiden. Micro-X-teamet planerar att rikta sin uppmärksamhet mot andra kosmiska objekt. "I framtida flygningar kan vi titta på andra källor som andra supernovarester eller kluster av galaxer, ", sa Figueroa-Feliciano. "Vi har till och med funderat på att använda den här typen av raket för att leta efter mörk materia."

Övergångskantsensorer kommer också att ingå i kommande orbitaluppdrag. ESA:s (European Space Agency) Advanced Telescope for High Energy Astrophysics (ATHENA), planeras för lansering i början av 2030 -talet, kommer att ha en array på cirka 5, 000 pixlar, nästan 40 gånger så stor som Micro-X:s 128-pixeldetektor. ATHENA kommer att studera heta gasstrukturer - till exempel grupper av galaxer - och genomföra en folkräkning av svarta hål.