A NASA faz parte de uma equipe internacional que desenvolve uma câmera microcalorimétrica de raios-X de última geração que fornecerá informações extraordinariamente detalhadas sobre fenômenos cósmicos energéticos.

Um microcalorímetro de raios-X é um espectrômetro não dispersivo que usa uma abordagem de equilíbrio para medição de energia - a energia de um fóton de raios-X aquece uma massa térmica isolada, e a mudança de temperatura é medida. A resolução de energia final é determinada por quão bem o pulso de temperatura pode ser medido contra um fundo de flutuações térmicas; portanto, espectrômetros de alta resolução devem ser operados em temperaturas muito baixas ( <0,1 K). A ideia básica para esses instrumentos foi proposta há três décadas, mas desde então, uma variedade de implementações e otimizações foram desenvolvidas, com uma melhoria constante na capacidade e um aumento no número de elementos de imagem (pixels).

A cada melhoria, novos conceitos de missão são desenvolvidos e exigem matrizes ainda maiores. O instrumento Soft X-ray Spectrometer (SXS) da NASA / Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) a bordo da missão JAXA Hitomi tinha 36 pixels, mas o instrumento Unidade de Campo Integral de Raios-X (X-IFU) que voará na missão Atenas da Agência Espacial Europeia requer uma matriz de cerca de 4000 pixels, cada um com cerca de 0,25 mm de largura (cobrindo 5 segundos de arco do céu). O X-IFU será uma câmera de raios-X inovadora, capaz de distinguir dezenas de milhares de cores de raios-X. Como parte do consórcio X-IFU, A NASA está desenvolvendo o sensor de borda de transição supercondutor (TES) empregado no instrumento. Esses sensores, composto de termômetros TES de molibdênio / ouro e absorvedores de raios-X de ouro / bismuto, alcançar uma resolução melhor do que 2,5 eV.

Os fenômenos cósmicos que produzem raios X caracterizam a evolução das estruturas cósmicas em escalas grandes e pequenas. A espectroscopia de raios-X de alta resolução pode determinar densidade e temperatura, identificar íons e determinar suas velocidades, e permitir que os cientistas estudem efeitos como turbulência ou o ambiente próximo a buracos negros supermassivos. Combinando imagens com espectroscopia, um instrumento de microcalorímetro analisa a dinâmica e variações dentro de objetos espacialmente estendidos, como remanescentes de supernovas e aglomerados de galáxias com sensibilidade sem precedentes.

Em 2016, a equipe da NASA se concentrou em trabalhar com parceiros da SRON, o Instituto Holandês de Pesquisas Espaciais, para se preparar para um modelo de demonstração X-IFU incorporando uma matriz TES de quilopixel. Como a leitura planejada para X-IFU usa multiplexação por divisão de frequência, que envolve a aplicação de voltagens alternadas aos termômetros TES, o foco de curto prazo tem sido determinar o design de pixel ideal para esse modo de operação. Progresso importante também foi alcançado usando tecnologias de multiplexação de backup que aplicam uma tensão constante aos termômetros TES (divisão de tempo e divisão de código). Uma demonstração de multiplexação por divisão de tempo de uma coluna de 32 pixels TES alcançou uma resolução de energia média de 2,55 eV a 6 keV a uma velocidade apropriada para a linha de base original do X-IFU. A equipe concluiu o layout de uma matriz de protótipo X-IFU em tamanho real, e no próximo ano esses protótipos serão fabricados e testados. A equipe também demonstrou com sucesso que pixels com características diferentes (largura, Materiais absorventes de raios-X e espessura, e temperatura de transição supercondutora) podem ser incorporados em uma única matriz, deve ser determinado como ideal fazê-lo no X-IFU ou em outra missão.