Холодные квантовые детекторы раскроют тайны горячей Вселенной

Что общего между пламенем звезды и предельно холодным детектором? Современные квантовые калориметры, работающие при температуре ниже 0.1 К, позволили учёным заглянуть в горячие тайны Вселенной и открыть новые горизонты рентгеновской астрономии.

Фото: phys.org by NASA GSFC, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Квантовый детектор

Что такое квантовый калориметр?

Квантовый калориметр измеряет малейшие порции энергии, фиксируя изменение температуры абсорбера. Для этого устройство должно работать при экстремально низкой температуре, чтобы снизить шум и повысить чувствительность. Хотя идея термометрического измерения энергии возникла ещё в 1982 году в NASA, путь от концепции до полноценного рабочего устройства был долгим и извилистым.

История взлётов и падений

Ранние эксперименты включали миссии Astro-E и её преемника Suzaku. Обе столкнулись с техническими неудачами — от потери гелия до поломок системы управления. Однако решимость NASA и японского агентства ISAS привела к разработке Hitomi. Эта миссия впервые позволила квантовым калориметрам получить высокоточные спектры космических объектов. Несмотря на потерю аппарата через месяц после запуска, данные от Hitomi продемонстрировали потенциал технологии и подготовили почву для следующего прорыва.

XRISM и детектор Resolve

Запущенный в 2023 году, проект XRISM с инструментом Resolve стал настоящим триумфом. Новый рентгеновский спектрометр позволяет создавать детализированные изображения космических объектов с беспрецедентным разрешением. Один из ярких примеров — наблюдение за галактикой NCG 4151, где Resolve помог выявить "комковатую" структуру материи вокруг чёрной дыры и её сложные скорости движения.

Также Resolve фиксирует излучение от звёздных взрывов, помогая понять механизм суперновых и распределение элементов, образующихся в результате этих катаклизмов.

Будущие миссии, такие как newAthena, уже планируют использовать массивы датчиков с тысячами пикселей, открывая путь к ещё более глубоким исследованиям космоса.

Уточнения

Квант (от лат. quantum — «сколько») — неделимая часть какой-либо величины в физике; общее название определённых порций энергии (квант энергии), момента количества движения (углового момента), его проекции и других величин, которыми характеризуют физические свойства микро- (квантовых) систем.

Вселе́нная — не имеющее строгого определения понятие в астрономии и философии, под которым чаще всего подразумевается совокупность всей существующей в мире энергии, материи и пространства-времени.