Imagen: NASA/D.McCallum
La inspiración detrás de la búsqueda del científico Maxim Markevitch de la NASA para construir un espejo de rayos X altamente especializado, usando una técnica nunca antes intentada, viene de una fuente inusual: un rollo de cinta Scotch®
Markevitch y un equipo de expertos en óptica de rayos X en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, han comenzado a investigar la viabilidad de la configuración de un espejo de bajo costo de cinta plástica y enrrollándola estrechamente como la adhesiva pegajosa que encontramos comúnmente en la mayoría de los hogares y oficinas.
“Recuerdo que mirar un rollo de cinta Scotch y pensar, ‘era posible usar el mismo diseño para capturar rayos X duros’ “, Markevitch recordó. “Hablé con algunas personas, y para mi sorpresa, no vieron ninguna razón importante por la que no se podía hacer”.
Con el financiamiento del Fondo del Centro de Innovación de la NASA, el equipo ahora está llevando a cabo la idea en “fase inicial” de Markevitch y ha comenzado la prueba de materiales candidatos que podrían ser modelados en un espejo laminado capaz de recoger los rayos X — una propuesta ambiciosa en sí misma. Para capturar estos fotones siempre esquivos, los espejos deben ser curvos y anidados dentro de un conjunto óptico cilíndrico. La geometría redondeada permite a la luz de alta energía alimentar a sus superficies, muy similar a la rozadura de una piedra en la superficie de un estanque.
La motivación de Markevitch es el hecho de que estos espejos altamente especializados consumen mucho tiempo y son costosos de construir y ensamblar, a pesar de los esfuerzos para reducir drásticamente los costos de producción. Para chacer las cosas más exigentes está el hecho de que los observatorios de rayos X en el futuro probablemente requieran áreas de recolección mucho más grandes, por lo que requiere un número aún mayor de segmentos de espejos individuales y todos deben estar anidados, recubiertos con capas de materiales altamente reflectantes, y perfectamente alineados dentro de sus conjuntos ópticos. “Es mucho trabajo la fabricación de estas envolturas rígidas y asegurarse de que están correctamente alineadas” dijo él.
La Ciencia
La ciencia que a Markevitch le gustaría seguir es aquella que requeriría un espejo más grande. Durante las últimas décadas, la NASA ha puesto en marcha varios observatorios de rayos X sensibles a “rayos X blandos” de baja energía, incluyendo el Observatorio de rayos X Chandra. Se ha descubierto y fotografiado la débil, difusa señal de rayos X de una variedad de fuentes astrofísicas dominadas por la emisión térmica, tales como las galaxias y cúmulos de galaxias. Otras misiones, como el satélite Swift de la NASA, fueron sensibles a los rayos gamma de alta energía, pero carecían de capacidad de formación de imágenes.
“Queda un espacio de descubrimiento grande y totalmente inexplorado de tenues y difusos objetos astrofísicos no térmicos emitiendo en rayos X de alta energía”, dijo Markevitch.
Una clase de objetos esperando ser mejor entendidos son los rayos cósmicos — partículas subatómicas altamente energéticas generadas en el espacio profundo — que residen en cúmulos de galaxias y otras estructuras de gran escala en el Universo. Los científicos creen que los rayos cósmicos y los campos magnéticos entre cúmulos de galaxias pueden alterar la física dentro de los cúmulos de galaxias. Un mejor entendimiento de esta física podría revelar más sobre el nacimiento y la evolución del cosmos, dijo Markevitch.
Para estudiar los rayos císmicos, sin embargo, los observatorios tendrían que ser sintonizados para rayos X duros. Aunque el recientemente lanzado Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) de la NASA y el nuevo Telescopio de Rayos X de Japón, también conocido como Astro-H, son sensibles a los rayos X duros, Markevitch dijo que estos sólo “van a rozar la superficie de este espacio de descubrimiento”. Dado que la señal es tan débil, sólo un telescopio de imágenes de rayos X con un área de recolección 30 veces más grande que la de NuSTAR, trabajando con los actuales y futuros radiotelescopios, podría hacer el trabajo, dijo Markevitch.
“Sin embargo, a nuestro entender, nada por el estilo está previsto ni propuesto en los Estados Unidos o en otros lados debido al costo que algo como esto representa”, dijo.
La única solución entonces es desarrollar una nueva tecnología que reduciría considerablemente el costo de construcción de óptica de rayos X y aumentar el tamaño del área colectora de luz. “Si podemos construir un espejo que sea lo suficientemente grande, este podría ser el camino a seguir”, dijo.
Bajo su plan de investigación, Markevitch, Takashi Okajima, Zhang, y Peter Serlemitsos están adquiriendo y probando cinta candidata que estaría recubierta por una cara con una multicapa de material reflectante y luego se enrollarla en un rollo, formando un gran número de envoltorios densamente empacados que están separados por el grosor variante de la cinta. “La superficie colectora es automática, es laminada, autosuficiente, y ya está alineada”, dijo Markevitch. Múltiples rollos luego se colocan en un conjunto óptico, proporcionando un área de recolección mucho más grande, o, en otras palabras, un espejo más grande.
“La idea de la cinta Scotch de Maxim se encuentra en una etapa temprana”, dijo Zhang. “En el año que viene, vamos a saber si tiene la oportunidad de funcionar”.
Si lo hace, podría ser “cambio de juego para la astronomía de rayos X duros”, dijo Markevitch. “Podría reducir significativamente el costo de la construcción de grandes espejos, trayendo al alcance la posibilidad de construir un espejo con un área efectiva de 10 a 30 veces mayor que los actuales telescopios de rayos X”.
http://www.nasa.gov/ (en inglés)