Come nasce uno specchio per raggi X: un prototipo in sede di PhysicalPub
Questa pagina è stata realizzata da Riccardo Paracchini e Riccardo Holzmiller, che hanno collaborato con PhysicalPub per un PCTO (alternanza scuola-lavoro) del Liceo Scientifico San Raffaele di Segrate.
Siamo abituati a pensare a uno specchio come una lastra piana, perfettamente liscia e riflettente, e invece qui abbiamo uno strano disco dorato: uno specchio a incidenza radente, usato per “catturare” i raggi X. Nello specifico, questo è uno dei prototipi sviluppato per la missione Wide Field X-Ray Telescope (WFXT), come si può vedere dalle note fatte a penna sul lato esterno dello specchio dai ricercatori del WFXT.
Osservando attentamente uno specchio a incidenza radente, si può notare una linea al centro. Questa segna il punto di intersezione tra due lamine inclinate con angoli molto piccoli, spesso solo pochi gradi, ottenuti grazie a una struttura combinata di parabola e iperbole. Questa piccola angolazione è cruciale perché permette ai raggi X di sfiorare la superficie dello specchio anziché colpirla perpendicolarmente, riducendo così l'assorbimento e aumentando la riflessione.
L'uso di specchi classici nei telescopi per la cattura di raggi X è sempre stato problematico in ambito astronomico, poiché i raggi X hanno lunghezze d'onda molto corte e una grande energia, il che li rende altamente penetranti. Quando i raggi X colpiscono perpendicolarmente una superficie, tendono a passare attraverso o ad essere assorbiti, piuttosto che riflessi. Per riflettere efficacemente i raggi X, è necessario utilizzare specchi a incidenza radente, che sono angolati in modo che i raggi X sfiorino la superficie dello specchio, riflettendosi più facilmente.
Per convogliare tutti i raggi X in un unico punto, Il processo di produzione di questi specchi richiede alta precisione. Le superfici riflettenti devono essere realizzate con materiali e tecniche che permettano di ottenere la necessaria precisione e levigatezza. Gli specchi a raggi X sono realizzati con substrati di vetro o silicio per la loro stabilità e capacità di essere lavorati fino a ottenere superfici lisce. Questi substrati sono rivestiti con materiali metallici come l’oro, che ha una densità molto elevata e permette la riflessione dei raggi X.
Come già detto, questo specchio a un prototipo della missione Wide Field X-Ray Telescope (WFXT), missione che ha come obiettivo l’esplorazione dell'universo profondo, fino all'epoca di formazione dei cluster e alle popolazioni primordiali di galassie e buchi neri supermassicci. Sebbene il progetto non sia stato portato a termine, ha posto le basi per le successive missioni. Al giorno d’oggi ci sono infatti diversi telescopi a raggi X in funzione, come il Telescopio Chandra lanciato dalla NASA nel 1999, il più recente NuSTAR lanciato nel 2012, ed eROSITA lanciato nel 2019.
Come ulteriore difficoltà alcune bande dello spettro elettromagnetico, come le microonde, l'infrarosso, l'ultravioletto, i raggi X e i raggi gamma, sono fortemente assorbite dall'atmosfera terrestre. Questo problema si può aggirare posizionando i telescopi nello spazio, evitando così l'assorbimento atmosferico e permettendo l’osservazione di queste bande. L'atmosfera terrestre assorbe buona parte delle radiazioni elettromagnetiche provenienti dallo spazio, con l'importante eccezione della luce visibile e delle onde radio. Per questa ragione, l'osservazione da terra è limitata all'uso dei telescopi ottici e dei radiotelescopi.
Articolo donato all’associazione PhysicalPub da INAF - Osservatorio Astronomico di Brera (sede di Merate), per cortesia del gruppo di ricerca di Giovanni Pareschi.