Fruto do consórcio entre os Estados Unidos, a Alemanha e o Reino Unido, o satélite ROSAT teve como principal objetivo o levantamento em raio-X de todo o céu, ROSAT All-Sky Survey (RASS). Posteriormente voltou-se para a observação de objetos individuais, tendo sido uma das mais longas e mais bem sucedidas missões de raio-X, atingindo todos os seus objetivos. Apesar de originalmente concebido para ser colocado em órbita a bordo do Space Shuttle e projetado para ser lançado em 1987, devido à tragédia do Challenger, em 1986, o ROSAT foi re-configurado para voar num foguete Delta II modificado. O satélite foi lançado em Junho de 1990 e colocado em
uma órbita baixa da Terra (580 km de altitude). Sua missão finalmente terminou em fevereiro de 1999.
Membro desse consórcio, a Alemanha tomou a liderança do projeto, contribuindo com a nave espacial, o telescópio de raio-X e dois PSPC ( Position Sensitive Propor- tional Counters); o Reino Unido forneceu a WFC (Wide-Field Camera), um telescópio independente voltado para medidas no extremo ultravioleta operando na faixa de com- primento de onda de 500 a 60 Å(0,025 a 0,3 keV); e os Estados Unidos forneceram o HRI (High-Resolution Imager) e o launch vehicle. Para um maior detalhamento das informações aqui contidas sobre a missão ROSAT de raio-X, sugerimos a leitura dos artigos: Trümper (1983), Trümper et al. (1991), Pfeffermann et al. (1986)
4.3.1
Telescópio de raio-X
A emissão de raio-X no ambiente estelar está associada às regiões com tempe- raturas superiores a 106K como as que se encontram nas coroas estelares. A emissão de
raio-X deve-se ao processo de rápida aceleração ou desaceleração da matéria conhecido como Bremsstrahlung. Tal radiação cobre uma faixa espectral que vai de 70 a 0,1Å, correspondendo a fótons energéticos no intervalo de 0,18 e 100 keV. As radiações com maiores comprimentos de onda, menos energéticas, são chamadas de raios-X moles (soft X-rays) e as mais energéticas, logo mais penetrantes, são conhecidas como raios- X duros (hard X-rays). Com tais características, para ser observada, essa faixa do espectro eletromagnético demanda um cuidado especial.
A ótica de telescópios de raio-X difere substancialmente daquela dos telescó- pios ópticos de espelhos de incidência normal. Uma radiação muito energética, como os raios-X, se incidir sobre um espelho num ângulo que não seja rasante, ao invés de ser refletida, ela passa direto pelas camadas superficiais do espelho e são absorvidas no material subjacente. Assim, algumas mudanças precisam ser feitas. A relação ru- gosidade comprimento de onda a ser refletida impõe aos espelhos dos telescópios em
raio-X a necessidade de um maior grau de polimento e limpeza que aquela solicitada para um telescópio ótico. Esses espelhos dos telescópios de raio-X ficam dispostos de forma completamente diferente para garantir incidência rasante. Por força da analo- gia, podemos comparar essa situação de incidência de fótons tão energéticos com a incidência de uma pedra quando atirada verticalmente na água. Nessa situação, a pe- dra simplesmente afunda, mas, se jogada com uma incidência rasante ela tem condição de resvalar (refletir) na superfície da água.
Em face dessas dificuldades apresentadas por fótons energéticos, os astrônomos projetaram telescópios para raios-X com espelhos que garantam essa incidência ra- sante e, para aumentar a área de coleta do telescópio, vários espelhos foram colocados, um acomodado dentro do outro. Portanto, é possível focalizar raio-x usando espelhos de incidências rasantes na faixa de 10 a 20. Quatro Espelhos Wolter tipo I formam
a estrutura ótica do telescópio ROSAT. Trata-se de espelhos com forma parabolóide, acoplados a um hiperbolóide tal que os raios-x sofrem dupla reflexão para serem re- colhidos. A figura (4.2) ilustra esse processo de incidência rasante para telescópio de raio-X.
Os espelhos do ROSAT foram montados satisfazendo características, como: abertura máxima de 83 cm, distância focal de 240 cm e área de coleta geométrica de 1141cm2. O sistema foi projetado para trabalhar com raios-X moles na faixa de
Raios-X incidentes
Plano Focal
Figura 4.2: O telescópio de Wolter. As letras H e P designam, respectivamente, as superfícies
de revolução hiperbolóides e parabolóides. As várias células concêntricas encontam-se repre- sentadas no lado direito da figura. Essa combinação é utilizada para aumentar a superfície coletora do telescópio. Fonte (adaptação): http://dme.uma.pt/edu/td/cap2ppt.
4.3.2
Detectores de raio-X
Três detectores de imagem de raio-X encontram-se no plano focal do telescópio ROSAT. Dois PSPC e um HRI foram montados num carrossel de forma que, um por vez, seja posicionado no foco do telescópio. O detector PSPC foi o responsável pelo levantamento de todo o céu e uma grande parte das observações direcionadas. A base de seu funcionamento é semelhante ao de um contador Geiger, onde fótons, ao entrarem em células de detecção, ionizam o gás que lá se encontra. Forte campo elétrico acelera os fóton-elétrons para o contador no anodo. Os íons gerados podem atingir velocidades
suficientes para, por colisão, ionizar ainda mais átomos do gás e, dessa forma amplificar fortemente o efeito. A presença desses elétrons fica registrada no anodo, como um pulso elétrico que é proporcional à energia do fóton que chega. Enquanto no contador Geiger temos apenas um fio simples para detecção de pulsos, o PSPC tem toda uma rede de fios (grade) no anodo, que permite determinar a posição de um fóton incidente; dessa forma, além da detecção dos raios-X incidentes, o PSPC mede a distribuição espectral da energia e distribuição espacial dos fótons. Como o PSPC é também sensível aos raios cósmicos, ou seja, prótons de altas energias e partículas alfa, abundantes na altitude orbital do ROSAT, existe um sistema para eliminar, em grande parte, os efeitos desse background de partícula.
Com um amplo campo de visão, o PSPC tem uma área efetiva de 240 cm2 em
1 keV com resolução moderada de energia, isto é, apenas uma fraca função da energia dos fótons (∆E/E = 0, 43 (E/0, 93keV )−0,5). Quanto ao detector HRI do ROSAT,
como o próprio nome indica, possui características que melhoram a definição espacial. Esse foi utilizado para observações direcionadas durante a segunda fase do programa ROSAT e muito se assemelha ao do satélite Einstein, mas com uma melhor eficiência quântica (30% em 1 keV ).