SRON demonstreert back-updetector met 1.504 sensoren voor NewAthena

Om afzonderlijke röntgenfotonen nauwkeurig te meten, moet een detector bijna tot het absolute nulpunt worden gekoeld. SRON heeft voor dat doel een volledige array met 1.504 ultragevoelige sensoren gebouwd. De Nederlandse technologie is ontwikkeld als mogelijke back-up voor X-IFU, een van de twee wetenschappelijke instrumenten van ESA’s toekomstige ruimtetelescoop NewAthena.

De sensoren zijn zogeheten transition-edge sensors, of TES. Ze werken op de scherpe overgang tussen een normale elektrische toestand en supergeleiding. Een invallend röntgenfoton verwarmt een sensor een heel klein beetje. De daardoor veranderende elektrische weerstand verraadt hoeveel energie het foton had.

De detectoren moeten daarvoor extreem koud blijven: ongeveer 0,05 kelvin boven het absolute nulpunt. Door de energie van veel afzonderlijke fotonen te meten, kan X-IFU een gedetailleerd röntgenspectrum opbouwen. Zo willen astronomen onder meer de samenstelling en beweging van heet gas rond clusters van sterrenstelsels en superzware zwarte gaten onderzoeken.

Op volledige schaal, maar niet geselecteerd voor de vlucht

SRON begon het ontwikkelproject voor ESA in 2020. Een technische uitdaging was dat X-IFU een andere uitleesmethode gebruikt dan de technologie waarop het instituut eerder had gewerkt. De onderzoekers stapten over van uitlezing via verschillende frequenties naar een systeem dat de sensoren snel na elkaar in de tijd uitleest.

Volgens SRON is nu een array op volledige schaal gemaakt. De bedrading loopt naar contactpunten langs de rand van de wafer en past bij het brandvlak van X-IFU. Daarmee heeft het instituut aangetoond dat het zulke arrays kan leveren als ESA de back-upoptie nodig heeft.

Dat is niet hetzelfde als de selectie van een detector die zeker de ruimte in gaat. NewAthena is nog in ontwikkeling en de lancering staat momenteel gepland voor rond 2037. Het ontwerp, de planning en de uiteindelijke keuze van onderdelen kunnen tijdens zo’n lang ruimtevaartprogramma veranderen.

Nederlandse techniek voor een Europese missie

De Nederlandse relevantie is direct. SRON deelt de leiding over het internationale X-IFU-consortium en ontwikkelt ook de camera van het instrument. De nieuwe detectorarray laat zien welke Nederlandse cryogene en röntgentechnologie beschikbaar is voor de missie en voor mogelijke latere Europese röntgentelescopen.

NewAthena moet met een grote spiegel en een hoge spectrale resolutie zwakkere röntgenbronnen kunnen onderzoeken dan huidige observatoria. De aangekondigde mijlpaal gaat over de gereedheid van een technische back-up, niet over nieuwe astronomische waarnemingen.

Aanvullende bron

• SRON: missieoverzicht van NewAthena