NASA maakt deel uit van een internationaal team dat een geavanceerde microcalorimeter-röntgencamera ontwikkelt die buitengewoon gedetailleerde informatie zal verschaffen over energetische kosmische verschijnselen.

Een röntgenmicrocalorimeter is een niet-dispersieve spectrometer die een evenwichtsbenadering gebruikt voor energiemeting:de energie van een röntgenfoton verwarmt een geïsoleerde thermische massa, en de temperatuurverandering wordt gemeten. De uiteindelijke energieresolutie wordt bepaald door hoe goed de temperatuurpuls gemeten kan worden tegen een achtergrond van thermische fluctuaties; dus, spectrometers met hoge resolutie moeten bij zeer lage temperaturen worden gebruikt ( <0,1K). Het basisidee voor deze instrumenten werd drie decennia geleden voorgesteld, maar sindsdien, verschillende implementaties en optimalisaties zijn ontwikkeld, met een gestage verbetering van het vermogen en een toename van het aantal beeldelementen (pixels).

Bij elke verbetering nieuwe missieconcepten worden ontwikkeld waarvoor nog grotere arrays nodig zijn. Het NASA/Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) Soft X-ray Spectrometer (SXS)-instrument aan boord van de JAXA Hitomi-missie had 36 pixels, maar het X-ray Integral Field Unit (X-IFU) instrument dat zal vliegen op de Athena-missie van de European Space Agency vereist een array van ongeveer 4000 pixels, elk ongeveer 0,25 mm breed (beslaat 5 boogseconden van de lucht). X-IFU wordt een baanbrekende röntgencamera die tienduizenden röntgenkleuren kan onderscheiden. Als onderdeel van het X-IFU-consortium, NASA ontwikkelt de supergeleidende overgangsrandsensor (TES) -array die op het instrument wordt gebruikt. Deze sensoren, samengesteld uit Molybdeen/Goud TES thermometers en Goud/Bismut X-ray absorbers, beter dan 2,5 eV resolutie bereiken.

Kosmische verschijnselen die röntgenstralen produceren, kenmerken de evolutie van kosmische structuren op zowel grote als kleine schaal. Röntgenspectroscopie met hoge resolutie kan dichtheid en temperatuur bepalen, ionen identificeren en hun snelheden bepalen, en stellen wetenschappers in staat om effecten zoals turbulentie of de omgeving in de buurt van superzware zwarte gaten te bestuderen. Door beeldvorming te combineren met spectroscopie, een microcalorimeterinstrument onderzoekt dynamiek en variaties binnen ruimtelijk uitgebreide objecten zoals supernovaresten en melkwegclusters met ongekende gevoeligheid.

in 2016, het NASA-team richtte zich op samenwerking met partners bij SRON, het Nederlands Instituut voor Ruimteonderzoek, ter voorbereiding van een X-IFU-demonstratiemodel met een kilopixel TES-array. Omdat de geplande uitlezing voor X-IFU gebruik maakt van multiplexing met frequentieverdeling, waarbij wisselspanningen worden toegepast op de TES-thermometers, de focus op de korte termijn lag op het bepalen van het optimale pixelontwerp voor die manier van werken. Er werd ook belangrijke vooruitgang geboekt met behulp van back-up multiplextechnologieën die een constante spanning op de TES-thermometers toepassen (tijdverdeling en codeverdeling). Een timedivision multiplexing-demonstratie van een kolom van 32 TES-pixels bereikte een gemiddelde energieresolutie van 2,55 eV bij 6 keV met een snelheid die geschikt was voor de oorspronkelijke X-IFU-basislijn. Het team voltooide de lay-out voor een X-IFU prototype-array op ware grootte, en in het komende jaar zullen deze prototypes worden gefabriceerd en getest. Het team heeft ook met succes aangetoond dat pixels met verschillende kenmerken (breedte, X-ray absorber materialen en dikte, en supergeleidende overgangstemperatuur) kan worden opgenomen in een enkele array, indien wordt vastgesteld dat dit optimaal is om dit op X-IFU of een andere missie te doen.