Röntgenstraling wordt uitgezonden door materie die heter is dan een miljoen Kelvin en hoge-resolutie röntgenspectroscopie kan ons iets vertellen over de samenstelling van de materie en hoe snel en in welke richting de materie beweegt. Kwantumcalorimeters openen dit nieuwe venster op het heelal. Het tijdperk van de kwantumcalorimeter in de röntgenastronomie, dat vier decennia geleden voor het eerst werd beloofd, is eindelijk aangebroken.
Een kwantumcalorimeter is een apparaat dat precieze metingen van energiequanta uitvoert door de temperatuurverandering te meten die optreedt wanneer een energiequantum in een absorber met een lage warmtecapaciteit wordt gedeponeerd. De absorber is bevestigd aan een thermometer die enigszins losgekoppeld is van een koellichaam zodat de sensor kan opwarmen en weer afkoelen. Om thermodynamische ruis en de warmtecapaciteit van de sensor te beperken, is werking bij temperaturen lager dan 0,1 K vereist. Het idee voor thermische meting van kleine hoeveelheden energie ontstond op verschillende plaatsen in de wereld onafhankelijk van elkaar toen wetenschappers pulsen waarnamen in de uitlezing van lage-temperatuurthermometers en infrarooddetectoren. Ze schreven deze ongewenste signalen toe aan passerende kosmische röntgendeeltjes en overwogen detectoren te optimaliseren voor gevoelige metingen van de energie van deeltjes en fotonen.
Het idee om zulke sensoren te ontwikkelen voor röntgenastronomie ontstond op het Goddard Space Flight Center in 1982, toen röntgenastronomen aan het nadenken waren over instrumenten die ze wilden voorstellen voor NASA’s geplande Advanced X-ray Astrophysics Facility (AXAF). In een noodlottig gesprek suggereerde infraroodastronoom Harvey Moseley dat thermische detectie een aanzienlijke verbetering zou kunnen bieden ten opzichte van de bestaande vastestofdetectoren. Met behulp van Goddard’s interne financiering voor onderzoek en ontwikkeling, vorderde de ontwikkeling voldoende om slechts twee jaar later een quantum-calorimeter röntgenspectrometer (XRS) voor te stellen voor opname in AXAF. Ondanks de technische onvolwassenheid van de XRS op dat moment, werd het revolutionaire potentieel ervan erkend en werd het voorstel geaccepteerd.
Lees verder op: Spacepage