Em 2031, A ESA lança o seu novo telescópio espacial de raios-X Athena. O SRON Netherlands Institute for Space Research desempenha um grande papel na construção de um de seus dois instrumentos, o espectrômetro X-IFU, produzindo a câmera mais os detectores de backup. Os cientistas SRON desenvolveram agora com sucesso detectores que são otimizados para uma leitura baseada em um sistema especial chamado Multiplexação de Domínio de Freqüência. Eles estabeleceram um novo recorde mundial de resolução de energia em 6 keV de 1,3 eV.

De sua órbita ao redor do Sol, 1,5 milhões de quilômetros da Terra, Athena irá mapear estruturas de gás quente no Universo e estudar a evolução de buracos negros supermassivos. Para isso, ele precisa medir seus espectros com resolução sem precedentes. Para alcançar isto, ele usa Sensores de Borda de Transição (TES) supercondutores operando a uma temperatura de 50 milikelvin, que pode determinar a energia de fótons individuais. Quando um fóton atinge um sensor, ele aquece proporcionalmente à energia do fóton. Isso reduz o estado supercondutor e a câmera lê uma corrente menor do que o normal, novamente proporcionalmente.

Mas ler uma corrente não é tão fácil quanto parece. O desenvolvimento de um sistema de leitura rápido e confiável é, na verdade, um dos maiores desafios para o instrumento X-IFU de Athena. Ele precisa ler 3.000 pixels, evitando qualquer aumento de temperatura do instrumento maior que um milésimo de grau. Sistemas convencionais de leitura, baseado no chamado Time Domain Multiplexing (TDM), tem um amplificador por pixel que deve ligar e desligar sequencialmente. Para a cadeia de detecção de backup, SRON está desenvolvendo uma leitura baseada em Multiplexação de Domínio de Freqüência (FDM), onde apenas um amplificador é necessário por quarenta pixels. A equipe agora ajustou com sucesso a geometria do TES para minimizar o comportamento indesejado que anda de mãos dadas com uma leitura FDM e é causado por uma impedância não linear no TES.

Este é o resultado de um estudo intensivo da física do detector, liderado por Luciano Gottardi (SRON) em colaboração com colegas da NASA-Goddard. Os principais contribuintes são Kenichiro Nagayoshi, quem fabricou os dispositivos litográficos, Martin de Wit e Emanuele Taralli, que ajustou o hardware para cada rodada de teste e realizou os testes, e Marcel Ridder, que desempenhou um papel crucial na sala limpa para fazer o processo fluir. Eles são apoiados por outros membros da equipe SRON, coordenado por Jian-Rong Gao.

Depois de muitas rodadas de teste, a equipe refinou o projeto do detector e a leitura em direção a uma resolução espectral recorde mundial de 1,3 eV a 6 keV. "Mas mais importante, temos um bom entendimento da física por trás disso, "diz Nagayoshi." Isso significa que estamos confiantes de que podemos alcançar uma resolução cada vez mais alta. Em 2018 começamos em 3,5 eV e agora estamos em 1,3 eV. Não temos nenhuma razão para acreditar que pare aqui. "

Gottardi conclui, "Encontramo-nos numa feliz combinação de boas ideias, boas pessoas e boas instalações na SRON. As pessoas na sala limpa atualizam os dispositivos rapidamente e podemos testá-los rapidamente e fornecer feedback imediatamente. É um loop suave. "