p O cientista da NASA, William Zhang, criou e provou uma técnica de fabricação de peso leve, espelhos de raios X de alta resolução usando silício - um material comumente associado a chips de computador. p Zhang, um astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, mostrou em testes repetidos que o silício de cristal único - um disco elemento não metálico frágil usado na fabricação de chips de computador - funciona excepcionalmente bem como uma óptica de raios-X.

p Dado o custo de construção de observatórios espaciais - que só aumentam de preço à medida que ficam maiores e mais pesados ​​- o objetivo é desenvolver óticas leves facilmente reproduzíveis, sem sacrificar a qualidade. De acordo com Zhang, o uso de silício daria aos astrofísicos de raios-X o que há muito desejam:leve, espelhos superfinos que oferecem uma área de coleta significativamente maior e resolução drasticamente melhorada - tudo a um custo reduzido, Zhang disse.

p A data, ninguém criou um espelho de raios-X que atenda a todos esses objetivos de desempenho. Além disso, ninguém poliu e calculou o silício para a óptica de raios-X, que deve ser curvado e aninhado dentro de uma montagem em forma de vasilha para coletar fótons de raios-X altamente energéticos. Com esta configuração especial, Os raios X roçam as superfícies dos espelhos - como uma pedra jogada na superfície de um lago - em vez de passar por eles.

p Silício, que não deforma mesmo quando cortado ou exposto a temperaturas flutuantes, oferece uma solução viável, Zhang disse. "Executamos nossos procedimentos de fabricação de espelhos muitas vezes, "ele acrescentou." Estes representam os melhores espelhos de raios-X leves de todos os tempos. De fato, de todos os espelhos de raios-X astronômicos que foram produzidos e voados, apenas Chandra é melhor, " ele disse, referindo-se a um dos Grandes Observatórios da NASA, uma missão de raios-X que carrega os espelhos de raios-X de mais alta resolução já lançados. "Mas aspiramos igualar e superar a qualidade do espelho do Chandra antes de 2020."

p Zhang pretende atingir esse objetivo, em parte, com financiamento da NASA Strategic Astrophysics Technology. Ele e sua equipe planejam avançar ainda mais na tecnologia não convencional em preparação para uma futura missão de raios-X.

p Mão experiente na fabricação de espelhos

p Zhang não é novato no ramo de fabricação de espelhos.

p Quinze anos atrás, ele começou a desenvolver um modelo mais barato, técnica mais eficiente para a confecção de espelhos de raios-X leves. Ele conseguiu. Quatro anos atrás, ele entregou 9, 000 superfinos, espelhos de vidro curvos para o Nuclear Spectroscopic Telescope Array da NASA, ou NuSTAR, missão usando uma nova técnica de fabricação na qual ele colocava pedaços finos de vidro comercialmente disponível em um mandril e aquecia todo o conjunto dentro de um forno - um processo chamado desmoronamento. À medida que o vidro esquentava, ele amoleceu e dobrou sobre o mandril para produzir um espelho curvo que a Universidade Técnica Dinamarquesa, sediada em Copenhague, revestiu com camadas de silício e tungstênio para maximizar sua refletância de raios-X.

p Levando ao Limite

p Embora Zhang tenha provado a técnica e produzido milhares de espelhos de resolução modesta, ideais para o NuSTAR, Zhang percebeu que havia chegado ao limite. "Passei alguns anos tentando tornar o vidro caído melhor. Consegui toda a quilometragem que pude."

p Ele se livrou de oito de seus 10 fornos usados ​​no processo de desmoronamento e voltou sua atenção, em vez de, ao silício de cristal único.

p Sem o conhecimento dele, outro tecnólogo Goddard, Vince Bly, já havia investigado o uso do material, em última análise, produzindo uma espessa, espelho de reposição ainda leve para o sensor infravermelho térmico construído por Goddard, um dos dois instrumentos desenvolvidos para a missão de continuidade de dados Landsat da NASA. Embora a missão não tenha usado o espelho porque a ótica nunca voou no espaço, Bly disse que o teste indicou que oferecia uma opção viável.

p Quando Zhang ouviu sobre o trabalho de Bly, ele e Bly começaram a trabalhar juntos, beneficiando da experiência um do outro. "Ele usou o que tínhamos feito para resolver seu próprio problema, "Bly disse.

p Silício sem estresse

p A chave, ambos disseram, encontra-se com o próprio material. Materiais tradicionais para fazer espelhos - vidro, cerâmica, e metais - sofrem de alto estresse interno, especialmente quando cortado ou exposto a mudanças de temperatura. Essas tensões tornam-se cada vez mais imprevisíveis à medida que o espelho fica mais fino.

p "O silício de cristal único é um excelente material para fazer espelhos de raios-X para voos espaciais, "Zhang disse." É barato e abundantemente disponível por causa da indústria de semicondutores. Além disso, é um material perfeito. É imune às tensões internas que podem alterar a forma dos espelhos de raios-X de vidro. "

p Isso ocorre porque cada átomo é organizado em uma configuração de rede, o que evita que o material seja distorcido, mesmo quando cortado ou moldado. Em outras palavras, se uma folha de madeira compensada fosse feita de silício, seria perfeitamente plano e imune a deformações, ele disse.

p Aprendeu com a queda

p O novo processo de Zhang surge do que ele aprendeu através da queda de vidro, ele disse. Ele pega um bloco de silicone e o aquece para eliminar qualquer estresse que possa ter surgido com seu manuseio. Com uma serra de fita, ele cria a forma aproximada e usa outras ferramentas de usinagem e produtos químicos para retificar e refinar ainda mais a superfície do bloco. Como fatiar queijo, ele então corta um substrato fino medindo apenas uma fração de polegada de espessura do bloco e dá o polimento na superfície. A última etapa é revestir os segmentos individuais com irídio para melhorar a refletância.

p Com seu financiamento da NASA, Zhang e sua equipe estão aperfeiçoando técnicas para alinhar e unir 6, 000 segmentos de espelho para formar meta-conchas que seriam integradas dentro de um conjunto de espelho projetado para pesar cerca de 200 libras e ter apenas 1,6 pés de altura. Em última análise, ele gostaria de criar seis meta-shells e automatizar o processo de alinhamento.

p "Tornando mais leve, alta resolução, espelhos de raio-X relativamente baratos se tornaram o trabalho da minha vida, "Zhang disse, referindo-se à sua busca para desenvolver um isqueiro, espelho de raio-X mais capaz. "Quando comecei a desenvolver espelhos, 15 anos atrás, Pensei em terminar em alguns anos. Quinze anos depois, Eu ainda estou nisso, "Disse Zhang.