Principi di funzionamento di un telescopio a raggi X

L'obiettivo dei fisici, dopo la scoperta dei raggi X, era quello di rilevarne sorgenti al di fuori del Sistema Solare.

Inizialmente le prime osservazioni del cielo a raggi X vennero eseguite per mezzo di semplici contatori Geiger. Essi, però, non fornivano immagini, ma solo l'intensità e la direzione approssimata del cielo da cui proveniva il segnale rilevato.

Il progettista di un nuovo tipo di strumentazione fu Riccardo Giacconi che già nel 1960 pubblicò con Bruno Rossi  un articolo in cui descriveva l'idea di come realizzare un telescopio per raggi X. Una ricerca bibliografica gli aveva infatti rivelato che il fisico tedesco Hans Wolter aveva studiato il problema di come focalizzare raggi X allo scopo di sviluppare un microscopio a raggi X. Le ricerche di Wolter tuttavia erano rimaste senza applicazioni pratiche perché era troppo complesso e costoso realizzare superfici ottiche di grande precisione sulla piccola scala richiesta dalla microscopia.

Il progetto di Giacconi trovò la sua realizzazione nel 1978 con la realizzazione del primo telescopio. 

Come focalizzare i raggi X

I raggi X vengono riflessi da una superficie solo se la colpiscono con un angolo radente di circa 1°. Quanto più energetica è la radiazione X che si vuole riflettere con questa tecnica, tanto più l'incidenza della radiazione sullo specchio deve essere radente.

Raggi provenienti da una sorgente a grande distanza arrivano sulla Terra paralleli tra loro. In un fascio incidente di raggi paralleli, essi possono essere fatti convergere in un punto, detto fuoco (F) in seguito alla loro riflessione su un paraboloide, il cui asse sia parallelo al fascio incidente.

La proprietà prima citata vale anche per i raggi X, ma, come già detto, la loro incidenza deve essere radente lo specchio. Perciò, invece di utilizzare la regione della parabola vicina al vertice, si usano le pareti, che formano con il fascio incidente un angolo piccolo quanto è necessario. 

Per migliorare le prestazioni di questi specchi, si aggiunge poi una seconda superficie riflettente (iperboloide), anch'essa ad incidenza radente. Ciò permette di ridurre la lunghezza focale e le dimensioni dello strumento. Questa geometria è detta Wolter-I proprio a ricordare il fisico Wolter che per primo l'aveva progettata.

Dato il piccolo angolo tra la superficie dello specchio ed il fascio incidente, l'area su cui viene raccolta la radiazione X è molto più piccola dell'area dello specchio, e la maggior parte della radiazione che arriva dal cielo si perderebbe nel "buco"centrale.
Per aumentare l'area di raccolta si usano allora più specchi concentrici con lo stesso fuoco, uno dentro l'altro, che mettono a fuoco i raggi incidenti tutti nello stesso punto. 

Si riportano qui di seguito le immagini di alcuni tra i più famosi satelliti mentre nelle prossime pagine descriveremo con maggior dettaglio il processo produttivo degli specchi ed il loro assemblaggio per realizzare il telescopio.

Nome	Descrizione	Immagine
Einstein	È il primo telescopio montato su un satellite per immagini a raggi X. Venne lanciato in orbita il 13 Novembre 1978.
Chandra	Questo satellite è dotato di un telescopio a raggi X che può fornire immagini di definizione 25 volte maggiori rispetto ai precedenti telescopi. Per questo motivo Chandra è stato importante nella comprensione delle supernove, dei buchi neri e delle galassie. Esso venne messo in orbito il 23 Luglio 1999.
XMM-Newton	XMM sta per X-Ray Multi-Mirror. Esso è dotato di tre telescopi a raggi X, tutti prodotti in Italia.  Questo satellite venne lanciato il 10 Dicembre 1999.

Fonti

http://www.merate.mi.astro.it/docM/OAB/Research/SWIFT/POESw/XRT.html

wikipedia