En 2031, L'ESA lance son nouveau télescope spatial à rayons X Athena. L'Institut néerlandais de recherche spatiale SRON joue un rôle important dans la construction de l'un de ses deux instruments, le spectromètre X-IFU, en produisant la caméra et les détecteurs de recul. Les scientifiques du SRON ont maintenant développé avec succès des détecteurs optimisés pour une lecture basée sur un système spécial appelé multiplexage dans le domaine fréquentiel. Ils ont établi une nouvelle résolution d'énergie record du monde à 6 keV de 1,3 eV.

Depuis son orbite autour du Soleil, à 1,5 million de kilomètres de la Terre, Athena cartographiera les structures de gaz chauds dans l'Univers et étudiera l'évolution des trous noirs supermassifs. Pour cela, il doit mesurer leurs spectres avec une résolution sans précédent. Pour y parvenir, il utilise des capteurs supraconducteurs à transition de bord (TES) fonctionnant à une température de 50 millikelvins, qui peut déterminer l'énergie des photons individuels. Lorsqu'un photon frappe un capteur, il chauffe proportionnellement à l'énergie du photon. Cela réduit l'état supraconducteur et la caméra lit un courant plus faible que d'habitude, encore une fois proportionnellement.

Mais lire un courant n'est pas aussi facile qu'il y paraît. Le développement d'un système de lecture rapide et fiable est en fait l'un des plus grands défis pour l'instrument X-IFU d'Athena. Il doit lire 3000 pixels en évitant toute élévation de température de l'instrument supérieure au millième de degré. Systèmes de lecture conventionnels, basé sur ce qu'on appelle le multiplexage dans le domaine temporel (TDM), ont un amplificateur par pixel qui doit s'allumer et s'éteindre séquentiellement. Pour la chaîne de détection de secours, SRON développe une lecture basée sur le multiplexage dans le domaine fréquentiel (FDM), où un seul amplificateur est nécessaire pour quarante pixels. L'équipe a maintenant réussi à peaufiner la géométrie du TES pour minimiser les comportements indésirables qui vont de pair avec une lecture FDM et sont causés par une impédance non linéaire à travers le TES.

Ceci est le résultat d'une étude intensive de la physique des détecteurs, dirigé par Luciano Gottardi (SRON) en collaboration avec des collègues de NASA-Goddard. Les principaux contributeurs sont Kenichiro Nagayoshi, qui a fabriqué les appareils lithographiques, Martin de Wit et Emmanuele Taralli, qui a peaufiné le matériel pour chaque série de tests et effectué les tests, et Marcel Ridder, qui a joué un rôle crucial dans la salle blanche pour assurer la fluidité du processus. Ils sont soutenus par d'autres membres de l'équipe SRON, coordonné par Jian-Rong Gao.

Après de nombreux tests, l'équipe a affiné la conception du détecteur et la lecture vers une résolution spectrale record du monde de 1,3 eV à 6 keV. "Mais plus important, nous avons une bonne compréhension de la physique derrière cela, " dit Nagayoshi. " Cela signifie que nous sommes convaincus que nous pouvons atteindre une résolution toujours plus élevée. En 2018, nous avons commencé à 3,5 eV et nous sommes maintenant à 1,3 eV. Nous n'avons aucune raison de croire que cela s'arrête là."

Gottardi conclut, "On se retrouve dans une heureuse combinaison de bonnes idées, de bonnes personnes et de bonnes installations au SRON. Les personnes dans la salle blanche mettent rapidement à niveau les appareils et nous pouvons les tester rapidement et donner immédiatement des commentaires. C'est une boucle fluide."