OSSERVATORIO ASTRONOMICO DI PALERMO GIUSEPPE S. VAIANA

Rapporto Annuale

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Calibrazione di Ottiche per raggi X

L'attuale configurazione della beam-line X della XACT facility con i suoi 17 metri di lunghezza consente di calibrare ottiche ad incidenza radente di moderata risoluzione angolare (FWHM > 15 arcsec) e diametro esterno inferiore a 40 cm.

Il gruppo della XACT/OAPA ha recentemente iniziato una collaborazione con lo Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in un programma di sviluppo di ottiche per raggi X innovative ad alta area di raccolta ideali per l'uso in missioni per Astronomia a raggi X spettroscopiche e per applicazioni di laboratorio (Schnopper et al. 1999a). Modelli preliminari di queste ottiche basate su gusci concentrici di forma conica o cilindrica (figura 69) sono stati testati ed hanno mostrato risultati molto promettenti.
 
 

Figure 69: Il pannello di sinistra mostra diverse componenti di ottiche cilindriche e coniche. Il pannello di destra mostra un piccolo telescopio a geometria cilindrica realizzato con un gran numero di gusci concentrici.

 
 

Figure 70: Le due ottiche studiate presso la XACT facility, montate all'interno della beam-line X a circa 8.5 m dalla sorgente X e dal rivelatore posto nella camera di test.

Due ottiche a geometria cilindrica di diametro rispettivamente 10 e 20 cm sono state studiate con misure nei raggi X presso la XACT facility allo scopo di determinare la Point Spread Function (PSF) dell'immagine di una sorgente puntiforme e valutare contributi alla PSF derivanti da micro-rugosità delle superfici degli specchi, qualità del materiale utilizzato, e effetti della struttura meccanica di montaggio dei gusci concentrici.

Le ottiche sottoposte a misure sono state montate all'interno della beam-line X della XACT facility, nel punto medio tra la sorgente di raggi X e il rivelatore MCP, montato all'interno della camera di test (figura 70), utilizzando manipolatori meccanici che consentivano un aggiustamento degli angoli di beccheggio ('pitch') e di rotazione attorno all'asse verticale ('yaw').

Sull'asse delle ottiche è stata montata una maschera di metallo circolare per evitare l'illuminazione diretta del rivelatore MCP da parte della sorgente X e consentire il passaggio dei raggi X solo attraverso una singola riflessione sui gusci concentrici (figura 70).
 
 

Figure 71: I pannelli superiori mostrano due diverse rappresentazioni dell'immagine presa con l'ottica piú piccola a 4.51 keV. I pannelli in basso mostrano il profilo radiale dell'immagine (HWHM < 0.5 arcmin) e il grafico dell'integrale normalizzato dei conteggi contenuti entro un certo raggio (Half Power Radius circa 2.5 arcmin).

Per entrambe le ottiche abbiamo preso immagini della sorgente puntiforme messa a fuoco a diverse energie (0.277, 1.49, 4.51, 6.40 keV). Entrambe le ottiche hanno dimostrato di avere una buona figura geometrica dimostrata dalla forma molto piccata del centro dell'immagine della sorgente puntiforme (FWHM < 1 arcmin), questo a riprova della validità del sistema meccanico di montaggio dei gusci. Tuttavia entrambe le ottiche hanno mostrato larghe ali della PSF che determinano un Half Power Diameter (HPD) di 5 e 3 arcominuti rispettivamente per l'ottica piccola e per quella grande (figura 71). Questo effetto non è dovuto a micro rugosità del materiale utilizzato ma piuttosto a ondulosità dello stesso su scale dell'ordine del millimetro. Un nuovo lotto di materiale di migliore qualità è già stato acquisito e parte di esso, già rivestito di oro, è pronto per essere utilizzato nella realizzazione di nuove ottiche.

Al momento stiamo programmando un nuovo set di misure di calibrazione su ottiche cilindriche realizzate con materiale di migliore qualità e ottiche coniche a singola e doppia riflessione con una lunghezza focale di 3.5 metri.

Visti i risultati molto promettenti ottenuti nell'ambito di questo programma, stiamo progettando di aggiungere alla beam-line X una nuova camera di test per calibrare specchi di piú grandi dimensioni. Il progetto di massima consiste di una camera cilindrica di 1.5 metri di diametro e 2 metri di lunghezza localizzata a 2 metri dalla camera di test dei rivelatori. In questo modo sarà possibile calibrare ottiche a raggi X di area utile illuminata fino a 60 cm di diametro e lunghezza focale compresa tra 2.5 e 4.5 metri.

Un sistema di manipolazione controllato da computer consentirà inoltre di muovere le ottiche lungo l'asse della beam-line per scegliere l'opportuna lunghezza focale, e di aggiustare le posizioni X e Y delle ottiche sul piano ortogonale alla beam-line oltre alla regolazione degli angoli di beccheggio ('pitch') e di rotazione attorno all'asse verticale ('yaw').

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