Astronomia a raggi X

I raggi X sono una forma di radiazione elettromagnetica con lunghezza d'onda molto inferiore a quella visibile, compresa circa tra i 10² e 10^-2 Angstrom. [1]

Essi, come tutta la radiazione elettromagnetica con lunghezza d'onda pari e inferiore a quella dell'ultravioletto (circa 3800 A), vengono fermati dall'atmosfera terrestre, fattore indispensabile per la vita sul pianeta ma che costringe questo tipo di osservazioni ad essere svolte solo oltre determinate quote, poco più elevate dell'altezza massima raggiunta dall'aviazione civile, raggiungibili da palloni sonda o ancora meglio se le osservazioni sono compiute nello spazio. I gas ad alte temperature emettono raggi X (oltre i 10.000.000 K) oppure basse emissioni avvengono in fenomeni con elevatissimi campi gravitazionali. L'astronomia a Raggi X permette quindi di tracciare lo stato della materia.

Rivelatori e telescopi

Quello che otterremo da un telescopio sensibile a queste lunghezze d'onda non sarà un'immagine ma l'intensità e la direzione da cui proviene il segnale. Unendo numerose osservazioni è possibile costruire una mappa che sia interpretabile come un immagine a raggi X. La difficoltà maggiore che si incontra nella progettazione di un simile telescopio è che, a causa della forte penetrazione della radiazione, non possiamo ottenere un effetto di riflessione totale convogliando tutti i raggi nel fuoco grazie ad un semplice specchio parabolico o sferico perpendicolare alla sorgente, come si fa per i telescopi ottici. Questo non è del tutto vero se si opera con angoli di incidenza molto piccoli (di solito intorno ai 2 gradi). Quindi che per focalizzare tutti i raggi sono necessari più specchi; in generale sono utilizzati un set di specchi parabolici e un set di specchi iperbolici. Ora che la radiazione è convogliata nel fuoco c'è la necessità di utilizzare un apparecchio che registri la radiazione ricevuta dallo spazio. Gli strumenti a disposizione sono i contatori proporzionali ed i CCD (Charge Couple Device), entrambi capaci di contare ogni singolo fotone X.

I contatori proporzionali sono generalmente usati per la rivelazione di raggi X di bassa energia dell'ordine di pochi keV e di elettroni di bassissima energia. Di solito i gas utilizzati nel rivelatore sono mantenuti a pressione atmosferica, ma possono essere utilizzate pressioni più alte per poter accrescere la densità e quindi l'efficienza del rivelatore. Il principio di funzionamento è il seguente: in assenza di campo elettrico gli elettroni e gli ioni liberati dal passaggio della radiazione si diffondono uniformemente urtando le molecole di gas perdendo gran parte della loro energia. In presenza di un campo elettrico gli elettroni e gli ioni liberati dalla radiazione sono accelerati lungo le linee del campo verso l'anodo e il catodo rispettivamente. Questa accelerazione è interrotta dalle collisioni con le molecole del gas.

La velocità detta di deriva in un gas è molto più elevata per gli elettroni che per gli ioni. Sotto l'azione del campo elettrico, gli elettroni vengono accelerati verso l'anodo e gli ioni verso il catodo. Se l'anodo non è costituito da un'unica piastra ma da una griglia di fili incrociati è possibile allora ottenere le due coordinate del punto in cui il fotone si manifesta per poi costruire un'immagine.