SRON Netherlands Institute for Space Research

05/17/2019 | Press release | Archived content

Athena X-IFU klaar voor voorlopige ontwerpfase

Het X-IFU instrument van ruimtetelescoop Athena heeft een belangrijke test succesvol doorstaan. De X-ray Integral Field Unit (X-IFU) is een van de twee wetenschappelijke instrumenten aan boord van ESA's Athena röntgentelescoop. Na een zorgvuldige beoordeling van de voorlopige vereisten is de haalbaarheid van het instrument bevestigd. Het consortium kan nu beginnen met de voorbereidende ontwerpfase van het instrument, dat het zogenoemde hete en hoogenergetische universum gaat bestuderen wanneer Athena rond 2031 wordt gelanceerd. SRON-onderzoeker Jan-Willem den Herder is co-principal investigator van X-IFU.

X-IFU is een wetenschappelijk instrument dat in het brandpunt komt van de Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics (Athena). Het instrument gaat het heelal bestuderen met röntgenogen, in een energiegebied dat alleen vanuit de ruimte toegankelijk is. Op röntgenfoto's kunnen we het hete en hoogenergetische universum zien-de wereld van clusters van sterrenstelsels, zwarte gaten en exploderende sterren. Deze objecten kunnen een tipje van de sluiter oplichten over de vorming en evolutie van het heelal.

X-IFU meet de energie van de röntgenstralen die de Athena-spiegel verzamelt en naar haar brandpunt leidt. Het instrument gebruikt zogenoemde microcalorimeters: gevoelige hittesensoren die in staat zijn om de kleine hoeveelheid warmte te meten die vrijkomt wanneer een röntgenstraal wordt geabsorbeerd. Uiteindelijk worden duizenden van deze sensoren samengevoegd, zodat we ook beelden kunnen vastleggen. De microcalorimeters worden gekoeld tot bijna het absolute nulpunt via een complexe koelketen, zodat ze gevoelig zijn voor kleine temperatuurvariaties. Die variaties zijn evenredig met de energie van de geabsorbeerde röntgenstraling. De temperatuurverhoging als gevolg van een röntgenstraal genereert vervolgens een elektrisch signaal, dat wordt uitgelezen. De metingen van deze röntgenenergieën geven ons informatie over de omstandigheden waarin ze worden uitgezonden. We kunnen dan clusters van sterrenstelsels onderzoeken op temperatuur, snelheid en chemische elementen van het gas. Of we kunnen bekijken hoe materie in superzware zwarte gaten valt.

SRON is verantwoordelijk voor de detectorunit en de röntgen-kalibratiebron. De Nederlandse universiteiten van Amsterdam, Groningen, Nijmegen en Leiden nemen deel aan de voorbereiding van de wetenschappelijke data-analyse. De detectorunit is de kern van het instrument waar de röntgenfotonen worden gedetecteerd en hun signaal wordt versterkt om het uit te lezen. Dit werk wordt samen uitgevoerd met NASA/GSFC en VTT uit Finland. De röntgen-kalibratiebron wordt geproduceerd door Nederlandse industrie (Photonis).

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

A major step has just been passed successfully by the team in charge of the X-ray Integral Field Unit (X-IFU), one of the two instruments making up the science payload of ESA's Athena X-ray space observatory. After a careful review of the preliminary requirements applying to X-IFU, the feasibility of the instrument is confirmed. The consortium can now start the preliminary design phase of the instrument, that will study the so-called hot and energetic Universe after Athena is launched in the early 2030s. SRON researcher Jan-Willem den Herder is co-principal investigator of X-IFU.

X-IFU is a scientific instrument that will be placed at the focal point of the Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics (Athena). It will observe the Universe with X-ray eyes, in an energy range that is only accessible from space. Through X-rays we will be able to observe the hot and energetic Universe-the world of clusters of galaxies, black holes and exploding stars. These objects hold keys to understanding the formation and evolution of the Universe.

X-IFU will accurately measure the energy of the X-rays that are collected by the Athena mirror and directed to its focal point. It uses so-called microcalorimeters: highly sensitive heat sensors capable of measuring the tiny amount of heat released when an X-ray is absorbed. Thousands of these sensors are assembled together, allowing us to also capture images. These microcalorimeters are cooled to nearly absolute zero by a complex cooling chain so that they are sensitive to tiny variations in temperature, which are proportional to the energy of the absorbed X-ray. The temperature increase measured by the sensor is converted into an electrical signal that is read out by high-precision electronics. The measurements of these X-ray energies allow us to learn about the conditions in which they are emitted. We can then explore clusters of galaxies: determining the temperature, velocity, and chemical elements of the gas. Or we can probe how matter falls into gigantic black holes, hidden at the centers of the most massive galaxies.

SRON is responsible for the detector unit and the X-ray calibration source. The Dutch universities of Amsterdam, Groningen, Nijmegen and Leiden participate in the preparation of the scientific data analysis. The detector unit is the core of the instrument where the X-ray photons are detected and their signal is amplified to read this signal. This work is performed together with NASA/GSFC and VTT in Finland. The X-ray calibration source is produced by Dutch industry (Photonis).

The X-IFU consortium gathers today more than 200 engineers and researchers from 50 laboratories, spread over 11 ESA member states, Japan and the United states. The principal investigator of X-IFU is Didier Barret, Director of research at the research institute in astrophysics and planetology of Toulouse (IRAP-OMP, CNRS UT3-Paul Sabatier/CNES). Jan-Willem den Herder (SRON) and Luigi Piro (IAPS) are co-principal investigators of the X-IFU. CNES leads the management of the project, and is responsible for the overall French hardware contributions to the instrument. Athena is the second Large class mission selected by ESA in June 2014 as part of its Cosmic Vision scientific program. The Athena Space Telescope will be launched in the early 2030s.