Une équipe dirigée par des scientifiques de l'Université métropolitaine de Tokyo a créé des optiques d'une légèreté sans précédent pour les télescopes spatiaux à rayons X, rompant le compromis traditionnel entre résolution angulaire et poids. Ils ont utilisé la technologie Micro Electro-Mechanical System (MEMS), créant des motifs complexes dans des tranches de silicium capables de diriger et de collecter les rayons X. En recuit et en polissant, ils ont réalisé des caractéristiques ultra-pointues qui pourraient rivaliser avec les performances des télescopes existants pour une fraction du poids, coûtant beaucoup moins cher à lancer.

L'astronomie des rayons X est un outil essentiel qui aide les scientifiques à étudier et à classer le large éventail de corps célestes qui émettent et interagissent avec les rayons X, y compris notre planète. Mais il y a un hic :la plupart des rayons X sont absorbés dans notre atmosphère, ce qui signifie que des télescopes et des détecteurs doivent être lancés dans l'espace. Cela s'accompagne de toute une série de limitations, en particulier le poids de l'appareil.

L'une des principales caractéristiques de toute optique d'observation astronomique est sa résolution angulaire, ou l'angle que deux sources lumineuses peuvent faire avec un détecteur et être toujours identifiées individuellement. Le problème avec les optiques à rayons X conventionnelles est que pour atteindre des résolutions plus élevées, les appareils deviennent de plus en plus lourds. Cela rend leur lancement dans l'espace très coûteux. Même pour le télescope Hitomi lancé en 2016, considéré comme révolutionnairement léger, le poids effectif était de 600 kg par mètre carré de surface effective.

Maintenant, une équipe dirigée par le professeur agrégé Yuichiro Ezoe et Aoto Fukushima a rompu ce compromis en concevant une unité haute performance ne pesant que 10 kg par mètre carré. Ils ont utilisé la technologie Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS), une technique conçue pour fabriquer des actionneurs mécaniques microscopiques, pour modeler des conceptions pointues et complexes dans des tranches de silicium qui peuvent diriger et collecter les rayons X. La conception elle-même suit la géométrie Wolter I des télescopes à rayons X existants, un réseau concentrique de fentes en forme d'anneaux d'arbres qui peuvent pousser les rayons X entrant via une plage étroite d'angles et les collecter jusqu'à un point.

Notamment, l'équipe a affiné le motif lui-même. Après avoir gravé les fentes à l'aide d'une technique appelée gravure ionique réactive profonde (DRIE), ils ont découvert qu'il y avait une rugosité de surface des motifs qui pouvait enduire la collection de rayons X, diminuant ainsi la résolution. Ils ont recuit le motif, appliquant de la chaleur dans un appareil spécial pendant des durées sans précédent. Avec un recuit de plus en plus long, les atomes de silicium à la surface des motifs ont pu se déplacer davantage, arrondissant toute rugosité et améliorant la résolution angulaire du télescope. Cela a été suivi d'un meulage et d'un polissage chimique pour redresser les bords arrondis des fentes elles-mêmes.

Il est important de noter que les performances rapportées par l'équipe correspondent à celles des télescopes qui sont déjà en action. Son poids le rend particulièrement adapté à la mission GEO-X, un satellite conçu pour visualiser la magnétosphère de la Terre. L'équipe vise le poids total incroyablement bas de 50 kg, une percée technologique qui pourrait voir les futures missions envoyées en orbite à des coûts incomparablement inférieurs.

Les résultats de leurs recherches sont publiés dans Optics Express . + Explorer plus loin

La conception radicalement différente du télescope offre un regard plus profond dans l'espace