NuSTAR

Na rozdíl od teleskopů zaměřených na vlnění viditelného světla, u kterých jsou používána zrcadla, nebo také čočky s kolmým dopadem. NuSTAR využívá proměnné ohniskové vzdálenosti, s kterou je možno manipulovat, kdy právě předchozí sondy měly ohniskovou vzdálenost pevně danou a statickou. Tím je opticky lépe schopna zaměřit na zdroj rentgenového záření. Pro tento mechanismus jsou využity dvě optiky o způsobu (tzv. wolterova teleskopu) s ohniskovou vzdáleností až 10.15 metrů, umístěné na koncích dlouhého rozkládajícího se stožáru. Za užití systému laserové metrologie se determinuje přesná pozice optiky ohniskové vzdálenosti v jakémkoliv okamžiku, takže každý zachycený foton může být zmapován zpět ke konkrétnímu astrofyzikálnímu zdroji na obloze. I při pohybu, kdy se napojená optika a expoziční komora, pohybují každá relativně zvlášť jedna od druhé při prováděné expozici snímků na oběžné dráze. Právě samotné až deset metrů dlouhé rameno stabilně propojující obě části napomáhá k zaostřování prodlouženou ohniskovou vzdáleností.

Každá ze tří zaměřovacích optik se skládá až z 133 do sebe vložených skleněných koncetrických válců s obalovou částí. Tedy konkrétní zlepšení je, že tyto komory jsou kryty více vrstvami (ovlivňující různé úrovně tenkých vrstev a materiálu o nízké hustotě) z W/Si na NuSTAR složené z Pt/SiC. Složení umožňuje odrazivost o energii 79 keV (platinovou K-edge). Optika byla vyprodukována na Goddardově kosmickém středisku, zahříváním tenké 210 µm široké plochy flexibilního skla v peci. Jednotlivé optiky propadnou přes přesně vyleštěné válcové křemenné trny s příslušným poloměrem. Povlaky byly aplikovány skupinou na Dánské technické univerzitě (DTU).

Kryty byly složeny do celku v laboratořích Nevis, Kolumbijské univerzity za použití grafitových distančních obrobených vrstev přístrojů na uzavření skla do kuželového tvaru, které drží pohromadě epoxid. Je využito celkem 4680 zrcadel (65 vnitřních vrstev každá komprimující šest segmentů a 65 vnějších vrstev komprimující 12 segmentů), na pět distančních podložek na segmentu. Zpevnění epoxidu zabere 24 hodin a jeden kryt je sestrojen za den, zabralo to celkem až čtyři měsíce na sestavení jedné celé optiky[7].

Očekávaný bod rozšiřující se funkce pro letová zrcadla je 43 oblouků, což udává bod o velikosti 2 milimetrů na ohniskové ploše. Výsledkem je překvapivě dobré rozlišení pro zaměření na komplikované optice zachytávající rentgenové záření, Snímky NuStar mají lepší kvalitu s citlivostí až 500 násobnou, než na do té doby nejlépe dosaženém rozlišení dlouhých vlnových délek na rentgenové observatoři Chandra. Nyní se také očekává využití možného sloučení dat s pozorováním z Teleskopu Jamese Webba, který by měl přinést nové poznatky v rámci pozorování viditelného světla[8].

Každá zaostřující optika má svou vlastní ohniskovou plochu skládající se z pevného CdZnTe (CZT – cadmium zinc telluride) pixelového detektoru. Ten je obklopen CsI štítem s protiklíčem. Jedna detekční jednotka (ohnisková plocha) má v sobě zakomponované čtyři (2 x 2) detektory, vyráběny z produktů na udržení výkonu kolem eV. Každý detektor je obdélníkový krystal rozměru 20 mm x 20 mm a je tlustý ~2 mm, do kterého byly vloženy mřížky 32 x 32, 0.6 mm pixelů (každý pixel leží pod obloukem 12.3´) a to zabezpečuje 12´ obloukové pole pozorovací plochy na každém modulu ohniskové plochy.

Část složených zrcadel sondy NuSTAR pro detekci rentgenového záření.

CZT detektory jsou udržovány v pokojové teplotě pro správné fungování polovodičů. Ty efektivně mění rychlé fotony o vysoké energii na elektrony. Elektrony jsou digitálně nahrávány za užití vytvořených ASICs (Application Specific Integrated Circuits), navržených týmem FP team NuSTAR od Caltechu. Jednotlivé pixely mají samostatný diskriminační a individuální interakce s rentgenovým zářením, který spouští proces čtení. Palubní procesory sondy, jeden pro každý teleskop, identifikují řádek a sloupec s největší výškou impulsu a čtení informací. Tedy získává data z tohoto pixelu, stejně tak i z osmi sousedních pixelů. Čas události je zaznamenán s přesností dvou μs relativně k palubním hodinám. Zjištění polohy události, energie, hloubka interakcí v detektoru jsou kalkulovány a zpracovány z celku o těchto devíti-pixelech.

Ohniskové plochy jsou kryty krystaly CsI (Jodidem cesným), kterými jsou obložené uzavřené detektory. Krystalové krytí, doslova vyrostlé od Saint-Gobain, registrují vysoko-energetické fotony a kosmické záření, které prochází přes ohniskovou plochu ze různých směrů odlišných od směru optické osy NuSTAR. Takové události jsou primárně rušivým pozadím pro NuSTAR a musí být správně identifikovány a odečteny za účelem identifikace rychlých fotonů o vysoké energii z kosmických zdrojů. Aktivní štít sondy NuSTAR zabezpečuje, že jsou ignorovány jakékoliv události na tomto štítu shodné s událostmi na CZT detektoru.