Røntgengitre med høj opløsning muliggør et avanceret spektrometer

Røntgenoptikteknologi har udviklet sig sådan, at fremtidige astrofysiske røntgenobservatorier vil have en størrelsesorden bedre ydeevne end eksisterende observatorier såsom NASAs Chandra røntgenobservatorium. Blød røntgenspektroskopi med høj opløsning tilbyder særligt nyttige observationer, der kan give information om udviklingen af ​​store strukturer i universet, forhold nær sorte huller, stjernernes atmosfære, og mere.

Spektrometre, der anvender nye kritiske vinkel transmission (CAT) røntgengitre lover spektral opløsningsevne, R, så højt som 5000 - mindst 5-10 gange større end nuværende instrumenter. I 2016 et SMD-sponsoreret team producerede og demonstrerede med succes denne nye teknologi. En høj opløsningsevne, Blødt røntgenobjektivgitterspektrometer til udbredelse i rummet kræver en letvægts fokuseringsoptik med meget god vinkelopløsning og gitre, der kan sprede røntgenstråler til de størst mulige vinkler med høj effektivitet og minimale aberrationer. At realisere det udfordrende CAT-gitterdesign krævede næsten et årti med udvikling og gennembrud inden for avanceret nanofabrikationsteknologi, herunder mønstre, ætsning og aflejring på atomniveau. Det var udfordrende at demonstrere denne evne i laboratoriet, imidlertid, og krævede en kombination af unikke state-of-the-art nanofabrikationsprocesser og testhardware såsom en lang røntgenstrålelinje og en spektralt smal kilde.

Fremtidige røntgenmissioner, der anvender denne teknologi, vil give markant forbedret absorptions- og emissionslinjespektroskopi af højenergiske astrofysiske kilder såsom sorte hulsvinde og varm gas i det kosmiske net. Yderligere potentielle anvendelser for CAT-gitre omfatter spektrografer til observationer af heliosfæren, optik til højeffekt røntgenanlæg, og filtre til neutralpartikelmålinger i Jordens magnetosfære.

I 2016 tre institutioner samarbejdede om at producere og demonstrere denne nye teknologi. Space Nanotechnology Lab ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) Kavli Institute leverede avancerede 200 nm-perioder, ultrahøjt aspekt-forhold silicium CAT-gitre belagt med et tyndt lag platin, der muliggjorde diffraktion til vinkler op til 18 gange større end dem, der understøttes af Chandra-spektrometre. Den 100 m lange Marshall Space Flight Center Stray Light Facility tjente som strålelinje, og røntgenoptikgruppen på Goddard Space Flight Center leverede en letvægtsoptik med høj opløsning. Foreløbig analyse fra denne demonstration viste R meget højere end 10, 000 - menes at være en verdensrekord for gitterspektroskopi i røntgenbåndet. CAT-risteteknologien bliver fortsat raffineret for at opnå højere effektivitet og større riste. Denne teknologi bliver i øjeblikket foreslået til brug på en Explorer-satellitmission ved navn Arcus og undersøgt til potentiel brug i Lynx-missionskonceptet, en potentiel efterfølger til Chandra i det næste årti.