Astrônomos terão visão de raios X do Universo com óptica de silício

O telescópio IXO permitirá estudos mais detalhados de materiais altamente energéticos, como os desse super buraco negro.[Imagem: ESA/V. Beckmann (NASA-GSFC)]

Visão de raios X
(Inovação Tecnológica) Elementos básicos dos circuitos integrados e dos processadores dos nossos celulares, computadores e de toda a parafernália eletrônica que compõe o nosso mundo tecnológico, os componentes eletrônicos semicondutores e as pastilhas de silício estão por toda parte.

Agora, uma pesquisa coordenada pela Agência Espacial Europeia (ESA) está trabalhando para estabelecer as bases para um uso "de outro mundo" desses componentes de silício tão comuns por aqui.

Quando empilhados com precisão extrema, eles prometem viabilizar a visão de raios X mais clara que a astronomia jamais teve de algumas das regiões mais violentas do espaço.

Telescópio IXO
"A ESA está trabalhando com especialistas da indústria para desenvolver esta nova técnica óptica e construir uma indústria de apoio à tecnologia," afirma Marcos Bavdaz, chefe da Seção de Tecnologias Avançadas da ESA.

O telescópio de raios X IXO terá uma visão 20 vezes mais poderosa do que o melhor telescópio desse tipo atualmente no espaço. [Imagem: ESA CDF]


"Esta óptica baseada no silício poroso faz parte dos preparativos para o International X-ray Observatory (IXO), uma missão conjunta com a NASA e com a agência espacial do Japão (JAXA), prevista para ser lançada por volta de 2020," diz ele.

Uma empresa holandesa está liderando um consórcio internacional de parceiros da indústria e de institutos de pesquisa de vários países associados à ESA.

Este mês, foram apresentados os resultados mais recentes desse esforço - dispositivos ópticos de qualidade espacial foram submetidos a testes em instalações de raios X, revelando um excelente desempenho.

Universo violento
A observação do céu em raios X revela um universo violento, repleto de estrelas explodindo, buracos negros e nuvens de gás incandescente.

Com temperaturas de milhões de graus, esses objetos celestes de alta energia brilham em comprimentos de onda de raios X, mas não em luz visível.

Os astrônomos somente puderam estudar este universo violento e de alta energia quando a era espacial lhes permitiu colocar telescópios de raios X acima atmosfera, que absorve esses raios, impedindo que eles cheguem à superfície e às lentes dos telescópios terrestres.

Imagem de raios X
Contudo, gerar uma imagem bem focalizada de raios X não é uma tarefa fácil.

As imagens médicas de raios X são bem conhecidas, mas elas não são imagens focadas, são apenas sombras geradas por partes do corpo, usando técnicas desenvolvidas por Wilhelm Roentgen, o descobridor dos raios X, em 1895.

Conjunto de espelhos curvos usado no telescópio XMM-Newton [Imagem: ESA]

Os dispositivos ópticos convencionais não funcionam porque os energéticos raios X somente são refletidos em ângulos extremamente superficiais. Enquanto a luz visível reflete-se de um espelho como uma bola batendo em uma parede, os raios X refletem-se de forma mais parecida com uma pedra resvalando sobre a superfície de uma lagoa.

Com isto, os espelhos dos telescópios devem ficar de lado, e não voltados diretamente para os objetos a serem observados. E são necessários muitos espelhos para recolher raios X suficientes para formar uma imagem nítida. Assim, um telescópio de raios X é mais como um conjunto de bonecas russas, com espelhos arranjados uns em volta dos outros.

Canaletas entalhadas nas pastilhas de silício para permitir o empilhamento preciso das diversas placas que compõem a óptica do silício poroso. [Imagem: ESA/Micronuit]

Nova tecnologia para imagens de raios X melhores
O Telescópio Espacial de Raios X XMM-Newton utiliza mais de 250 espelhos de níquel revestidos com ouro, enquanto o Chandra, da NASA, usa uma quantidade menor de espelhos feitos de vidro maiores, mas que são mais pesados.

Para o IXO, o objetivo é aumentar em 20 vezes a área de coleta do XMM-Newton, além de aumentar em três vezes a resolução das imagens.

E isto exige uma nova tecnologia: enquanto a NASA está estudando uma alternativa chamada "vidro texturizado" (slumped glass), a ESA está centrada na óptica de poros em silício, construída a partir das pastilhas de silício usadas pela indústria eletrônica.

"Os fabricantes já fazem o polimento dessas pastilhas na qualidade óptica para 'imprimir' melhor as minúsculas estruturas necessárias para a fabricação dos microprocessadores mais modernos. Portanto, as pastilhas não precisam de polimento adicional, já sendo leves e resistentes," afirma Eric Willie, da ESA, que está coordenando o trabalho juntamente com Kotska Wallace.

Óptica do silício poroso
Esta tecnologia da indústria de semicondutores está sendo aproveitada para preparar as pastilhas de silício e deixá-las nos formatos complexos necessários.

Elas são cortadas em placas quadradas da espessura de folhas de papel, com 'canaletas' entalhadas em sua superfície para facilitar seu empilhamento. Em seguida, elas são afiladas em forma de cunha para que os raios X sejam dirigidos pelo caminho óptico desejado. Finalmente, elas são recobertas com os revestimentos metálicos. A precisão no empilhamento e montagem das diversas placas é obtida com o uso de um robô industrial.

A técnica é chamada de "óptica do silício poroso" porque as pilhas de silício laminado e com nervuras são porosas. Os raios X refletem-se através de cada poro da pilha de placas de silício.

O telescópio IXO precisará de mais de 200.000 dessas placas de silício empilhadas.

O próximo passo da pesquisa é agilizar o processo de montagem para a produção em massa e melhorar ainda mais a qualidade, abrindo as portas para novas descobertas do Universo, com uma verdadeira visão de raios X.

Este é o primeiro protótipo de espelho baseado nos poros de silício, que poderá ser utilizado no telescópio IXO, previsto para ser lançado em 2020. [Imagem: ESA/cosine/SPO consortium]