Rilevamento sensibile dei resti dell’universo primordiale
L’attuale ricerca astrofisica offre interessanti intuizioni circa il mistero che avvolge il passato e l’evoluzione del nostro universo. Un importante progresso avviene tramite il rilevamento del debole bagliore relativo al gas molto caldo presente nell’universo primordiale, successivo al Big Bang, e dei primi buchi neri che non era possibile rilevare prima d’ora mediante i dispositivi disponibili. Il rilevamento di questa radiazione elettromagnetica richiede una strumentazione altamente sensibile. Nello specifico, dei rivelatori funzionanti a temperature estremamente basse, con il minimo rumore, rappresentano l’unica scelta che soddisfa i requisiti. Gli scienziati europei hanno avviato il progetto E-SQUID (Development of SQUID-based multiplexers for large infrared-to-X-ray imaging detector arrays in astronomical research from space) allo scopo di sviluppare la migliore soluzione di lettura per tali rivelatori. Il compito principale era quello di progettare i primi prototipi di tecnologia di lettura, per rilevatori basati su un dispositivo superconduttore ad interferenza quantistica (SQUID). Le applicazioni spaziali di una tale tecnologia, altrettanto importante nelle applicazioni terrestri, erano rare. L’Europa è inoltre passata dietro agli Stati Uniti in questo settore. I partner del progetto collaborativo E-SQUID sono tutti gli sviluppatori chiave della tecnologia SQUID in Europa, e hanno rappresentato il massimo livello internazionale di competenze scientifiche in quanto a ricerca astrofisica e sviluppo di strumenti. Il team ha definito in primo luogo i requisiti di sistema per gli strumenti nella banda di frequenza a raggi X, ottica e del lontano infrarosso. I requisiti si sono fondati sugli obiettivi scientifici di missioni reali o sugli studi relativi agli strumenti. Il telescopio Atacama Pathfinder Experiment (APEX) con banda di frequenza nel lontano infrarosso, la videocamera S-Cam 3 a frequenze ottiche e lo spettrometro microcalorimetro (XMS) della missione Athena sono stati utilizzati come riferimenti. È stato necessario molto lavoro di ricerca per selezionare la tecnologia di multiplexing adatta a tali rilevatori criogenici. La selezione è stata effettuata sulla base del numero di segnali trasportabili contemporaneamente in un segnale complesso, il quale a sua volta può essere decodificato. I successivi compiti del team E-SQUID sono stati quelli di progettare e fabbricare dei prototipi di elettronica di back-end e un cablaggio per il front-end criogenico, e costruire prototipi di nuovi multiplexer SQUID. Il progetto E-SQUID ha ottenuto un nuovo circuito SQUID ad alte prestazioni in grado di eseguire una multiplazione di un assieme di rivelatori a elementi multipli 2 x 32. La commercializzazione della nuova tecnologia migliorerà l’indipendenza europea e la posizione competitiva nell’esplorazione spaziale. Le applicazioni potenziali includono attività umane rilevate dallo spazio come incendi e lanci di missili.
Parole chiave
Universo primordiale, E-SQUID, multiplexer, rilevatore di immagini, rivelatore criogenico