The Demonstration Model of the ATHENA X-IFU Cryogenic AntiCoincidence Detector
ATHENA X-IFU的低温反符合探测器（CryoAC）旨在减少仪器的粒子背景，并实现任务科学目标。这是一个4像素的硅微量热仪感测的Ir/Au TES网络。我们已经开发了CryoAC演示模型，这是一个旨在探索探测器关键技术的原型，即具有1平方厘米有效面积的悬浮吸收体; 20 keV的低能量阈值;以及连接到50 mK热浴的操作，功耗小于40 nW。在此，我们报告了对第一个CryoAC DM样品（即AC-S10原型）进行的测试，结果表明其完全符合要求。
2019-12-13 astro-ph.IM physics.ins-det
ATHENA X-IFU Demonstration Model: First joint operation of the main TES Array and its Cryogenic AntiCoincidence Detector (CryoAC)
X-IFU是未来ATHENA X射线天文台上的低温光谱仪。它是基于一个大阵列的TES微量热计，它与一个低温反巧合探测器（CryoAC）相结合。这对于降低粒子本底水平从而实现部分飞行任务科学目标是必要的。在这里，我们介绍了在FDM设置中执行的X-IFU TES阵列和CryoAC演示模型的首次联合测试。我们证明了正确操作两个探测器是可能的，并且初步演示了通过同时探测宇宙μ子实现的系统的反符合能力。
2022-06-30 astro-ph.IM physics.ins-det
Review of the particle background of the Athena X-IFU instrument
X射线观测受到背景的限制，这是由于源的固有模糊性或扩散性质。未来的雅典娜X射线天文台的目标之一是描述这些来源的特征。我们的目标是在雅典娜微量热仪的粒子诱导的背景下，在其低（软质子）和高（GCR）能量诱导的组件，以评估仪器的能力，以表征背景为主的来源，如星系团的郊区。我们比较两种辐射环境，即L1和L2拉格朗日点，并推导出对后者的迹象。我们用蒙特卡罗模拟方法估算了X-IFU微量热计上的粒子诱导本底能级，并对降低粒子诱导本底能级所采取的各种措施进行了比较。关于GCR诱导成分，本底水平符合任务要求。关于软质子部分，分析并没有预测L1和L2轨道的背景有很大的不同。然而，由于缺乏有关L2环境的数据，它的特征非常弱，因此我们建议不要选择它作为X射线任务的轨道。然后，我们使用这些背景水平来模拟观察一个典型的星系团从其中心到1.2 R200探测仪器的表征能力到郊区。我们发现，如果没有任何背景减少，它是不可能的集群在外部区域的特性。我们还发现，在太阳活动最大期间进行的观测与太阳活动最小条件相比，没有任何改善。
2021-01-07 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
The Hot and Energetic Universe: The X-ray Integral Field Unit (X-IFU) for Athena+
雅典娜+任务概念旨在实施提交给欧洲航天局的热和高能宇宙科学主题，以响应其科学计划L2和L3任务定义白皮书的呼吁。雅典娜+科学有效载荷包括一个大口径高角分辨率X射线光学器件和12米外的两个可互换焦平面仪器：X射线积分场单元（X-IFU）和宽视场成像仪（WFI）。X-IFU是一种低温X射线光谱仪，基于一个大的过渡边缘传感器（TES）阵列，在直径为5弧分的视场内提供2.5 eV的光谱分辨率，约5”像素。在本文中，我们简要描述了Athena+任务概念和X-IFU性能要求。然后，我们介绍了X-IFU探测器和读出电子原理，焦平面组件的当前设计，冷却链和审查的全球架构设计。最后，我们描述了目前的性能估计，在有效面积，粒子背景抑制，计数率能力和速度测量。最后，我们强调的最新技术发展有关TES阵列的制造，光谱分辨率和读出性能的实现，以显示显着的进展正在实现对苛刻的X-IFU的要求。
2013-08-30 astro-ph.IM
The Cryogenic AntiCoincidence detector for ATHENA X-IFU: improvement of the test setup towards the Demonstration Model
ATHENA X-IFU开发计划预计将构建和表征仪器演示模型（DM），以便在任务采用之前探索系统关键技术。在这方面，我们现在正在开发X-IFU低温反符合探测器（CryoAC）的DM，它将被交付给焦平面组件（FPA）开发团队，以便与TES阵列集成。在交付之前，我们将在INAF/IAPS的CryoLab中对CryoAC DM进行表征和测试。在本文中，我们报告的活动，以改善我们的低温测试设置，使其适合DM集成的主要结果。这些活动主要包括机械装置和低温磁屏蔽系统的开发，其有效性已通过有限元模拟和温测量进行了评估。通过最后一个CryoAC单像素原型AC-S8 pre-DM样品进行了初步性能测试。
2018-07-23 astro-ph.IM physics.ins-det
Ground calibration plan for the Athena/X-IFU microcalorimeter spectrometer
Université de Toulouse（图卢兹大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；IRAP（天体物理研究所）；Université de Genève（日内瓦大学）；Università degli Studi di Palermo（巴勒莫大学）；INAF/Osservatorio Astronomico di Palermo G.S.Vaiana（意大利国家天体物理研究所巴勒莫天文台）；CNES（法国国家空间研究中心）；Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（天体物理学与行星物理学研究所）；SRON, Netherlands Institute for Space Research（荷兰空间研究所）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）；NASA/Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）
本文介绍了Athena任务中X-IFU光谱仪的地面校准计划，包括校准要求、策略及各参数和特性的具体校准程序与源。
2026-06-18 astro-ph.IM
The TES-based Cryogenic AntiCoincidence Detector of ATHENA X-IFU: Validation of the thermal end-to-end simulator towards the updated Demonstration Model (DM 1.1)
本文介绍了未来 ATHENA X-IFU 的低温反符合探测器（CryoAC），通过测量单像素原型 DM127 的关键热学参数，调整并验证了包含电热建模与读出链动力学的端到端模拟器。
2025-01-22 astro-ph.IM
A test platform for the detection and readout chain for the Athena X-IFU
我们为Athena X-IFU检测链提供了一个测试平台，该平台将作为X-IFU代表性端到端检测和读出链的首次演示，使用未来飞行电子设备和当前可用子系统的原型。这个测试台，安置在一个商业两阶段的ADR低温恒温器，包括一个焦平面阵列放置在50 mK的ADR冷阶段与过渡边缘传感器微量热光谱仪和相关的冷读出电子千像素阵列。X-IFU的原型室温电子设备提供读数，并将随着时间的推移而发展，以更能代表X-IFU任务基线。该测试台产生了关于子系统设计和接口的关键反馈，特别是温读出电子设备，并将提供一个内部检测系统，用于继续测试和开发温读出电子设备以及验证X射线校准源。在本文中，我们描述了测试台的子系统和设计，低温恒温器的特性，以及该项目的现状。
2021-07-07 astro-ph.IM physics.ins-det
Development of the superconducting detectors and read-out for the X-IFU instrument on board of the X-ray observatory Athena
高能天体物理学高级望远镜（雅典娜）已被欧空局选为其第二个大型飞行任务。未来的欧洲X射线观测站将研究炽热和充满活力的宇宙，预计将于2028年发射。基于超导过渡边缘传感器（TES）的微量热计是雅典娜星上X射线积分场单元（X-IFU）探测器阵列的首选技术。X-IFU是在软X射线波段（0.3 - 12 keV）工作的2-D成像积分场光谱仪。该探测器由3840个耦合到X射线吸收器的TES阵列组成，并使用基于超导量子干涉器件（SQUID）的频域复用（FDM）在MHz带宽中读出。所提出的设计要求具有高填充因子，高量子效率，相对较高的计数率能力和在5.9 keV的能量分辨率为2.5 eV的设备。本文将回顾基于TES的微量热计的基本原理和物理，并介绍FDM读出的最新技术。
2016-04-03 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
Optimising the multiplex factor of the frequency domain multiplexed readout of the TES-based microcalorimeter imaging array for the X-IFU instrument on the Athena Xray observatory
雅典娜是一个空间X射线天文台，旨在探索炽热和充满活力的宇宙。雅典娜上的科学仪器之一将是X射线集成场单元（X-IFU），这是一种低温X射线光谱仪，基于在100 mK温度下工作的过渡边缘传感器（TES）的大型低温成像阵列微热计。成像阵列由3800个像素组成，提供2.5 eV的光谱分辨率，并覆盖直径为5弧分的视场。多路复用读出的低温微量热计阵列是必不可少的，以符合冷却功率和复杂性的限制，对航天器。为此目的，正在开发用于读出基于TES的探测器的频域多路复用，不仅用于X-IFU探测器阵列，而且用于日本SPICA天文台Safari仪器的基于TES的测辐射热计阵列。本文讨论的设计考虑，适用于优化的多重因素的边界条件内设置的航天器。更具体地说，科学要求，如像素动态范围，像素速度和串扰，和航天器的要求，如功耗预算，可用带宽和电磁兼容性之间的相互作用将被讨论。
2016-11-16 astro-ph.IM physics.ins-det
A 50 mK test bench for demonstration of the readout chain of Athena/X-IFU
计划于21世纪30年代中期发射的欧空局大型任务雅典娜（高能天体物理学高级望远镜）上的X-IFU（X射线积分场单元）将是一个低温X射线成像光谱仪，工作温度为55 mK。它将在0.2-12 keV能量范围内提供前所未有的空间分辨高分辨率光谱（2.5 eV FWHM高达7 keV），这要归功于其超过2k像素的TES（过渡边缘传感器）微量热计阵列。该仪器的探测链由国际合作开发：NASA/GSFC的探测器阵列，NIST的冷电子器件，VTT的冷放大器，APC的WFEE（热前端电子器件），IRAP的DRE（数字读出电子器件）和SRON的焦平面组件。为了评估X-IFU完整读出链的运行情况，IRAP与法国国家空间研究中心合作，开发了一个基于NASA/GSFC千像素微量热计阵列的50 mK测试台。已使用完全来自NIST和Goddard的中间检测链对测试台进行了验证。接下来计划的活动包括DRE和WFEE原型的集成，以便对完整的X-IFU检测链进行端到端演示。
2022-09-09 astro-ph.IM
Development of frequency domain multiplexing for the X-ray Integral Field Unit (X-IFU) on the Athena
我们正在开发的频域多路复用（FDM）读出的过渡边缘传感器（TES）微量热计的X射线积分场单元（X-IFU）的仪器上的未来欧洲X射线天文台雅典娜。X-IFU仪器由具有高量子效率（$>$ 90 \%）和光谱分辨率$ΔE$ =2.5 eV $@$ 7 keV（$E/ΔE\sim$ 2800）的$\sim$ 3840 TES阵列组成。FDM目前是X-IFU仪器的基线读出系统。利用SRON公司研制的高品质因数LC滤波器和室温电子学器件以及VTT公司提供的低噪声两级SQUID放大器，我们最近在具有Au/Bi吸收体的Mo/Au TES量热计的FDM读出中展示了良好的性能。一个集成的噪声等效功率分辨率约为2.0 eV，在1.7 MHz已被证明与一个新的TES阵列从美国宇航局/戈达德（GSFC-A2）的像素。在1.7 MHz的交流偏置频率下，单像素读出的X射线能量分辨率为$\sim$ 2.5 eV。我们还首次证明了X射线能量分辨率约3.0 eV的6像素FDM读出与TES阵列（GSFC-A1）。在本文中，我们报告的单像素的性能，这些微热计MHz的交流偏置下，这些像素的性能下FDM的进一步结果。
2016-11-03 astro-ph.IM
Measuring turbulence and gas motions in galaxy clusters via synthetic Athena X-IFU observations
雅典娜望远镜上的X射线积分场装置将通过分别通过发射线的质心移动和加宽观测气体速度$v$和速度色散$w$，提供对团内介质运动学的前所未有的观测。要提高数据质量和数量，就必须评估与这种新的数据分析有关的系统性，即偏差、统计误差和系统误差，以及不同测量数量之间可能存在的相关性。我们开发了一种端到端X-IFU模拟器，该模拟器模拟使用SIXTE获得的一组模拟事件列表上的完整X射线光谱拟合分析。我们已经将其应用到三个流体动力学模拟的后发座状集群，包括注入湍流。这使我们能够评估的能力，X-IFU映射五个物理量的集群核心：排放量，温度，金属丰度，速度和速度分散。最后，从我们的测量地图开始，我们计算了二维结构函数（SF）的排放测量波动，$v$和$w$，并将它们与直接从模拟得到的。各参量与输入投影值相吻合，无偏差，除速度频散误差达15%左右外，系统误差均小于5%。此外，所有的测量证明是统计独立的，表明拟合方法的鲁棒性。最重要的是，我们恢复的斜率的SF在惯性制度具有很好的精度，但我们观察到一个系统的过度规范化的SF $_v$和SF $_w$归因于简单的假设均匀和（双）高斯测量误差。我们的工作突出了Athena X-IFU在探测ICM的热力学和运动学特性方面的出色能力。（节略）
2018-07-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Athena X-ray Integral Field Unit (X-IFU)
高能天体物理学高级望远镜（雅典娜）上的X射线积分场单元（X-IFU）将提供0.2至12 keV的空间分辨高分辨率X射线光谱，在5弧分等效直径的视场内具有5弧秒像素，光谱分辨率为2.5 eV至7 keV。在本文中，我们首先回顾了雅典娜的核心科学目标，驱动X-IFU的主要性能参数，即光谱分辨率，视场，有效面积，计数率能力，仪器背景。我们还说明了一些天文台的科学目标的X-IFU的突破潜力。然后，我们简要描述了在2016年5月完成的任务整合审查时定义的X-IFU设计，并报告了其预测性能。最后，我们讨论了一些选项，以提高仪器的性能，同时不增加其复杂性和资源需求（例如计数率能力，光谱分辨率）。X-IFU将由法国、荷兰和意大利牵头的国际财团提供，比利时、芬兰、德国、波兰、西班牙、瑞士以及美国和日本的两个国际合作伙伴将提供进一步的欧空局成员国捐款。
2016-08-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The end-to-end simulator of the ATHENA X-IFU Cryogenic AntiCoincidence detector (CryoAC)
本文介绍用于ATHENA X-IFU CryoAC的端到端模拟器，整合Geant4粒子本底、TES电热、SQUID FLL与触发算法，以支持设计评估和新基线配置确定。
2024-07-19 astro-ph.IM
Development of TES-based detectors array for the X-ray Integral Field Unit (X-IFU) on the future x-ray observatory ATHENA
我们正在为未来欧洲X射线天文台雅典娜的X射线积分场单元（XIFU）开发基于过渡边缘传感器（TES）的微量热计。微量热计是基于TiAu TES耦合到250μm平方，AuBi吸收剂。我们设计并制造了在吸收体和TES之间具有不同接触几何形状以优化检测器性能并且具有不同布线拓扑结构以减轻自磁场的装置。该设计是定制的，以优化频域复用下的性能。在本文中，我们审查的主要设计特点的像素阵列，我们报告的性能的18个通道，2- 5 MHz频域复用器，将被用来表征探测器阵列。
2016-04-02 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
The Cryogenic Anticoincidence Detector for ATHENA X-IFU: Preliminary test of AC-S9 towards the Demonstration Model
我们的团队正在开发ATHENA X射线积分场单元（X-IFU）的低温反符合探测器（CryoAC）。它是一个基于TES的4像素探测器，将放置在主TES阵列探测器下方不到1 mm处。我们现在正在生产CryoAC演示模型（DM）：一个能够探测探测器关键技术的单像素原型，即在50 mK热浴下的操作，20 keV的阈值能量以及悬浮吸收体和热浴之间热导的再现性。该探测器将在INAF/IAPS的低温装置中进行集成和测试，然后交付给SRON以集成到X-IFU焦平面组件（FPA）DM中。在本文中，我们报告的CryoAC DM开发的状态，显示与最后开发的原型，即AC-S9获得的主要结果。这是一个类似DM的样品，我们在进行最终蚀刻工艺以悬浮硅吸收体之前对其进行了初步集成和测试。结果是有希望的DM，因为尽管由于没有最终的蚀刻（高的热容量，高的热导率，部分TES表面覆盖）的限制，我们已经能够操作的检测器TB = 50 mK和检测6 keV的光子，从而具有低的能量阈值完全符合我们的要求（20 keV）。
2018-07-11 astro-ph.IM physics.ins-det
Updates on the background estimates for the X-IFU instrument onboard of the ATHENA mission
ATHENA预计将于2028年向L2轨道发射，涉及“炽热和充满活力的宇宙”这一科学主题，将一台高性能X射线望远镜与两台互补的焦平面仪器相结合。其中之一，X射线积分场单元（X-IFU）是一个基于TES的千像素阵列，在5 arcmin FoV范围内提供空间分辨的高分辨率光谱（6 keV时为2.5 eV）。这类探测器的背景由几个部分组成：漫射宇宙X射线背景，由反射镜聚焦并从视场内到达探测器的低能粒子（<~100 keV），以及穿过航天器并从各个方向到达焦平面的高能粒子（>~100 MeV）。这些组件中的每一个都在研究中，以减少它们对乐器性能的影响。这项任务特别具有挑战性，因为缺乏关于L2中X射线探测器背景的数据，这种轨道中预期的粒子环境的不确定性，以及蒙特卡罗背景计算中使用的模型的可靠性。因此，该小组所处理的活动范围很广，从重新分析以前的飞行任务，如XMM-牛顿的数据，到通过对地球磁尾卫星上的粒子监测器进行数据分析来确定L2环境的特征，到确定太阳事件及其发生的特征，以及验证蒙特卡罗模拟所涉及的物理模型。所有这些活动将允许开发一套可靠的模拟来预测，分析和找到有效的解决方案，以减少X-IFU所经历的粒子背景，最终满足实现ATHENA科学的科学要求。虽然这些活动仍在进行中，但我们在此介绍小组已经取得的一些初步成果。
2017-04-27 astro-ph.IM
The TES-based Cryogenic AntiCoincidence Detector (CryoAC) of ATHENA X-IFU: a large area silicon microcalorimeter for background particles detection
本文介绍ATHENA X-IFU的CryoAC单像素原型测试，通过放射源校准及与旧原型符合测量，验证低能响应并区分实验室背景中的宇宙μ子与次级粒子信号。
2024-01-19 astro-ph.IM physics.ins-det
The Cryogenic AntiCoincidence detector for ATHENA X-IFU: assessing the role of the athermal phonons collectors in the AC-S8 prototype
ATHENA X射线天文台是欧空局2015-2025年宇宙愿景科学方案中的第二个大型飞行任务。两种机载仪器之一是X-IFU，这是一种基于大型TES微量热仪阵列的成像光谱仪。为了减少粒子诱导的背景，光谱仪与低温反符合探测器（CryoAC）结合使用，放置在TES阵列下方不到1 mm处。最后的CryoAC单像素原型，即AC-S7和AC-S8，基于由65个并联的铱TES感测的大面积（1平方厘米）硅吸收体。采用这种设计可以提高非热声子的响应，并将其用作快速反符合标记。后一个样品还具有直接连接到TES的铝指网络，旨在进一步提高无热气流收集效率。在本文中，我们将报告使用AC-S8获得的主要结果，表明附加的指状物网络能够增加从脉冲的无热部分收集的能量（从AC-S7的6%增加到AC-S8的26%）。此外，指状设计能够防止准粒子在铝中复合，确保快速脉冲上升前沿（L/R限制）。在我们的路线图中，AC-S8原型是开发CryoAC演示模型（DM）之前的最后一步，该模型将是能够演示CryoAC开发计划中预期的关键技术的探测器。
2018-07-23 astro-ph.IM physics.ins-det
The first cut is the cheapest: optimizing Athena/X-IFU-like TES detectors resolution by filter truncation
本研究提出0-padding算法，通过截断经典最优滤波器降低计算成本，在真实数据与模拟中验证其能保持TES探测器高能量分辨率，对星载处理高效。
2024-03-25 astro-ph.IM
Estimating, monitoring and minimizing the travel footprint associated with the development of the Athena X-ray Integral Field Unit -- An on-line travel footprint calculator released to the science community
全球变暖迫使我们反思我们进行研究的方式，着手履行义务，尽量减少我们的研究计划对环境的影响，减少我们的旅行足迹是最容易实施的行动之一，这要归功于数字技术的进步。X射线积分场装置（X-IFU）是欧洲航天局雅典娜空间X射线观测站的低温分光计，将由一个大型国际财团开发。应尽量减少与X-IFU开发相关的行程足迹。为此，开发了一个旅行足迹计算器，并首次向X-IFU联盟成员发布。计算器使用七种不同的排放因子和方法，对于相同的飞行距离，其差异高达5倍。观察到的差异说明缺乏计算飞行足迹的标准和法规，主要是由于对非CO2影响的不同核算。该计算器使我们能够计算大量旅行的旅行足迹，并可以帮助确定一个会议地点，最大限度地减少大量可能的城市主机（例如拥有大型机场的城市）的整体旅行足迹。该计算器还包括一个最小距离选项，超过该最小距离，飞行被认为是最合适的运输选择;低于该选择的距离，则考虑训练旅程的排放。为了展示其全部功能，计算器首先在最大的科学会议之一上运行; AGU的秋季会议和IPCC的会议，它被用来计算将最大限度地减少旅行足迹的位置。因此，X-IFU的旅行足迹估计约为500吨CO2当量/年。通过这篇论文，在线旅行足迹计算器被发布到科学界（删节）。
2021-02-22 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.soc-ph
Inferring black hole spins and probing accretion/ejection flows in AGNs with the Athena X-ray Integral Field Unit
活动星系核（AGN）具有复杂的X射线谱，它具有多种发射和吸收特征，通常被解释为i）由紧凑的硬X射线源照射吸积盘而产生的相对论模糊反射分量，ii）由活动星系核驱动的流出物穿过我们的视线而产生的一个或多个热/电离吸收分量，以及iii）由更远的材料产生的非相对论性反射分量。因此，通过详细的模型拟合解开这些组件可以用来约束黑洞自旋，吸积流的几何形状和特性，以及流出和周围的黑洞。我们研究如何高通量高分辨率X射线光谱仪，如雅典娜X射线积分场单元（X-IFU）可以用于这一目的，使用最先进的反射模型Relxill在灯柱几何配置的状态。我们模拟了一个有代表性的样本AGN光谱，包括所有必要的模型复杂性，以及一系列的模型参数从标准到更极端的值，并认为X射线通量是已知的AGN和类星体（QSO）人口的代表。我们还提出了一种方法来估计系统误差相关的不确定性校准的X-IFU。在一个保守的设置，其中的反射分量计算自洽的Relxill模型从预先设定的几何形状和没有铁的丰度，在自旋和辐射源的高度的平均误差是<0.05和~0.2 Rg。类似地，吸收体参数的测量精度通常小于~ 5%。将模拟扩展到包括蓝移超快流出，我们表明X-IFU可以测量它们的速度，即使对于高红移物体（删节），统计误差也<1%。
2019-06-06 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
The Athena X-ray Integral Field Unit
X射线积分场单元（X-IFU）是欧空局雅典娜X射线天文台的高分辨率X射线光谱仪。在5'等效直径的视场内，它将在约5弧秒像素上以2.5 eV至7 keV的光谱分辨率提供0.2至12 keV的X射线光谱。X-IFU基于冷却温度约为90 mK的超导铱-金过渡边缘传感器的大型阵列，每个传感器与由金和铋制成的吸收体耦合，间距为249微米。位于主TES阵列下方的低温反符合探测器能够减少非X射线背景。通过一系列机械冷却器组合15 K脉冲管、4K和2K焦耳-汤姆逊冷却器来获得约50 mK的浴温，所述机械冷却器预冷却由3 He吸附冷却器与绝热退磁制冷器耦合制成的亚开尔文冷却器。频域多路复用使得能够在一个单个通道中读出40个像素。光子与吸收体相互作用产生电流脉冲，由读出电子放大，其形状在板上重建，以高精度恢复其能量。Athena可移动反射镜组件提供的散焦能力使X-IFU能够通过将望远镜点扩散函数扩展到数百个像素来观察天空中最亮的X射线源（达到Crab样强度）。因此，X-IFU提供低堆积、高通量（>50%），并且在1 Crab强度下通常具有10 eV的光谱分辨率，即比基于硅的X射线探测器好10倍或更多。本文介绍了当前的X-IFU基线，以及在光谱分辨率、背景和计数率能力方面对其预期性能的评估。X-IFU基线配置将接受计划于2018年底进行的初步需求审查。
2018-07-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Athena space X-ray Observatory and the astrophysics of hot plasma
热天体物理等离子体的性质（温度、密度、化学成分、速度）和影响它们的物理过程（加热/冷却、湍流、冲击、加速）可通过高分辨率X射线光谱学探测，并辅之以高空间分辨率成像。本文介绍了欧洲航天局（ESA）的高能天体物理学先进望远镜（Athena）任务的现状，特别着重于其用于扩展X射线源研究的两个焦平面仪器：宽视场成像仪（WFI）和X射线积分场单元（X-IFU）的科学性能。然后，本文简要总结了雅典娜在热等离子体天体物理学上的突破，建立在钱德拉和XMM-牛顿在这一领域获得的发现和革命性成果的巨大遗产的基础上。截至2019年11月12日，Athena成功完成了可行性研究，并从那时起进入定义阶段，发射日期定于21世纪30年代初。
2019-12-10 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Life Cycle Assessment of the Athena X-ray Integral Field Unit
本文对Athena X射线积分视场单元（X-IFU）进行了生命周期评估，发现测试、办公和仪器制造是主要环境影响来源，并指出在仪器重新设计后需更新评估以持续降低环境足迹。
2024-04-23 astro-ph.IM
The Athena X-ray Integral Field Unit: a consolidated design for the system requirement review of the preliminary definition phase
雅典娜X射线积分单元（X-IFU）是高分辨率X射线光谱仪，自2015年以来一直在雅典娜空间X射线天文台上进行研究，该天文台是一个多功能天文台，旨在解决热和高能宇宙科学主题，于2013年11月由巡天科学委员会选定。基于一个大型的过渡边缘传感器（TES）阵列，它的目标是提供空间分辨X射线光谱，光谱分辨率为2.5 eV（高达7 keV）的六边形视场为5弧分（等效直径）。X-IFU于2022年6月进入系统需求审查（SRR），大约与此同时，由于Athena的意外成本超支，ESA要求对X-IFU进行整体重新设计（包括X-IFU低温恒温器和冷却链）。在本文中，在说明了X-IFU的突破性功能后，我们描述了其SRR中的仪器，浏览了所有子系统和相关要求。然后，我们展示了仪器预算，特别强调了其一些关键性能参数的预期预算。最后，我们简要讨论了正在进行的关键技术演示活动，校准和活动，预计在X-IFU仪器科学中心，并触及沟通和推广活动，联盟组织，最后对X-IFU的生命周期评估，旨在最大限度地减少环境足迹，与仪器的发展。由于迄今为止对X-IFU进行的研究，预计随着欧空局要求的按成本设计的工作，X-IFU将保持空间分辨高分辨率X射线光谱学方面的旗舰能力，从而能够保留雅典娜飞行任务中与X-IFU有关的大多数原始科学目标。（节略）。
2022-11-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Progress in the development of frequency domain multiplexing for the X-ray Integral Field Unit on board the Athena mission
频域多路复用（FDM）是雅典娜飞行任务机载X射线积分场单元（X-IFU）的基线读出系统。在FDM方案下，TES耦合到无源LC滤波器，并以MHz频率用交流电（AC偏置）偏置。使用高品质因数LC滤波器和室温电子学在SRON和低噪声两级SQUID放大器提供的VTT，我们最近已经证明了良好的性能与FDM读出的Mo/Au TES量热计与Au/Bi吸收剂。我们已经实现了性能要求的演示模型（DM）与单像素交流偏置（$ΔE=$ 1.8 eV）和9像素复用（$ΔE=$ 2.6 eV）模式。我们还展示了平均能量分辨率为3.3 eV的14像素多路复用，这受到我们实验室设置中与FDM读出相关的非基本问题的限制。
2020-03-26 astro-ph.IM
Reducing the Athena WFI charged particle background: Results from Geant4 simulations
欧空局雅典娜X射线天文台上的宽视场成像仪的科学目标之一是绘制宇宙中的热气结构，如星系团和星系群以及星系间介质。对微弱漫射源的这些深度观测需要低背景和对该背景的尽可能好的了解。WFI背景工作组正从多个方向着手解决这一问题。在这里，我们提出了分析Geant 4模拟宇宙射线粒子与雅典娜上的结构相互作用，在WFI中产生信号。我们寻找这些粒子轨道和检测到的事件，否则将被归类为X射线之间的现象学相关性，并探讨如何利用这些相关性标记或拒绝在地面处理这样的事件。除了减少雅典娜WFI仪器背景外，这些结果还适用于了解太空中任何硅基X射线探测器中的粒子成分。
2020-12-02 astro-ph.IM
Opening the low-background and high-spectral-resolution domain with the ATHENA large X-ray observatory: Development of the Cryogenic AntiCoincidence Detector for the X-ray Integral Field Unit
ATHENA是欧空局选择于2031年发射的大型任务。它的目的是解决科学主题“热和充满活力的宇宙”，在L2日地拉格朗日点进行X射线观测（0.2-12千电子伏）。X-IFU是有效载荷的两种仪器之一。它是一种低温光谱仪，提供空间分辨的高分辨率光谱。该仪器的核心是一个大阵列的TES微量热计，在50 mK的热浴操作。L2环境中预期的颗粒背景会严重降低X-IFU性能，因此采用了先进的减少技术，将该影响减少到$\sim$ 50倍。这是实现任务的许多核心科学目标所必需的。由于低温反符合检测器（CryoAC），大部分背景减少（$\sim 80\%$）得以实现，该检测器是一种4像素TES微量热计，将放置在TES阵列下方不到1 mm处。CryoAC是一种内置于仪器中的仪器，具有独立的冷热电子设备和专用的数据处理链。为了达到所需的粒子排斥效率（$\sim 98 \%$），它将具有宽的能带（从20 keV到$\sim$ 1 MeV）和低的死区时间（$< \sim 2\%$），同时考虑若干约束以确保与TES阵列的机械、热和电磁兼容性。在这里，我将报告我的博士研究活动，重点是CryoAC演示模型（DM）的开发，这是ESA在任务采用之前要求的单像素探测器。本文主要分为两个部分。在第一篇中，我将主要介绍我的研究的天体物理框架，在第二篇中，我将重点介绍为CryoAC DM开发而进行的实验活动。
2019-04-05 astro-ph.IM
Detecting shocked intergalactic gas with X-ray and radio observations
探测大尺度结构周围受冲击的宇宙气体的热和非热发射是观测的一个挑战，也是了解温热星系际介质物理学的一个独特窗口。在这项工作中，我们提出了合成无线电和X射线调查的大型宇宙学模拟，以评估联合检测在两个频率范围内的宇宙网的机会。然后，我们提出了针对现有（LOFAR，MWA和XMM）或未来仪器（SKA-LOW和SKA-MID，ATHENA和eROSITA）的最佳观测策略。我们发现，最有希望的目标是在合并的早期阶段，在那里的合并导致快速压缩的温暖，热气体的维里区域的星系团的极端边缘。通过利用无线电波段的探测，未来的深层X射线观测将探测这种气体的发射，并帮助我们以前所未有的细节研究动态温热星系际介质中的等离子体条件。
2019-05-10 astro-ph.CO astro-ph.IM
Future Detections of the Warm-Hot Intergalactic Medium using Bright Power Law Sources with NewAthena
University College Dublin（都柏林大学学院）；Universität Erlangen-Nürnberg（埃尔朗根-纽伦堡大学）；Leiden University（莱顿大学）；Université de Toulouse（图卢兹大学）
通过模拟X射线积分场单元（X-IFU）探测O VII吸收线，研究NewAthena探测温热星系际介质（WHIM）的能力，并评估不同观测条件下探测显著性所需的计数要求。
2026-06-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
FIREBall-2: The Faint Intergalactic Medium Redshifted Emission Balloon Telescope
暗星系际介质红移发射气球（FIREBall）是一项旨在首次观测中等红移（z~0.7）星系环星系介质微弱发射的飞行任务。FIREBall观察到星系的一个组成部分，它在星系的形成和演化中起着关键作用，可能包含大量的重子，并且直到最近才在可见光的更高红移处被观察到。在这里，我们报告了2018年9月22日从新墨西哥州萨姆纳堡进行的FIREBall-2气球望远镜的飞行。这次飞行是光谱仪从最初的FIREBall光纤馈电IFU到宽视场多目标光谱仪的完全重新设计的高潮。由于气球上的一个洞，飞行提前终止，我们最初的科学目标没有实现。仪器和望远镜的总灵敏度为90，000 LU，主要是由于杂散光的噪音增加。我们讨论了FIREBall-2摄谱仪的设计，从原来的FIREBall有效载荷的修改，并提供了所有系统的性能的概述。我们能够成功地飞行测试一个新的指向控制系统，一个紫外线优化，δ掺杂和涂层EMCCD，和一个非球面光栅。FIREBall-2团队正在重建有效载荷，以便在2021年秋季进行另一次飞行尝试，由于COVID-19而从2020年推迟。
2020-07-16 astro-ph.IM
The X-ray Integral Field Unit at the end of the Athena reformulation phase
本文介绍Athena任务成本重定义后X-IFU的简化低温与读出架构，说明其在4 eV能量分辨率、4′视场和2027年采纳目标下的性能与进度。
2025-02-15 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.IM
Performance of the SRON Ti/Au Transition Edge Sensor X-ray Calorimeters
在21世纪30年代初，欧空局新的X射线天文台雅典娜计划发射。它将携带两个主要仪器，其中一个是X射线积分场单元（X-IFU），这是一个X射线成像光谱仪，它将由数千个过渡边缘传感器组成的阵列组成，对于高达7千电子伏的光子能量，拟议的能量分辨率为2.5电子伏。在SRON，我们开发了基于Ti/Au双层的备份TES阵列，其转变温度略低于100 mK。在这方面的贡献，我们将给出一个广泛的概述这些国家的最先进的探测器的属性和能力。多年来，我们已经制造和研究了大量具有各种几何形状的探测器，使我们对如何精确控制探测器的性能有了很好的了解。我们能够精确地改变最重要的探测器特性，如法向电阻、热导率和临界温度。这使我们能够微调我们的探测器，以满足各种应用的需求。探测器已经证明了低于1.8 eV的5.9 keV的X射线的优秀的能量分辨率。通过调整器件的特性，它们可以与使用AC和DC偏置的各种读出方案进行最佳匹配。下一步是将TES阵列的尺寸从目前的千像素阵列增加到X-IFU的全尺寸阵列。
2022-08-26 astro-ph.IM
How Do Ionizing Photons Escape from Star-Forming Galaxies?
本文探讨了电离光子从恒星形成星系逃逸的机制，指出其多尺度特性带来的观测挑战，并提出利用宜居世界天文台的紫外积分场单元光谱仪来研究这一过程。
2025-06-29 astro-ph.GA astro-ph.IM
Towards mapping turbulence in the intra-cluster medium -- II. Measurement uncertainties in the estimation of structure functions
对充满星系团内部介质的热气的X射线观测提供了大量关于星系团动力学的信息。ICM的全球平衡被认为是部分确保非热压力的支持，特别是通过湍流运动的能量耗散。由于缺乏空间分辨的光谱学，使用X射线发射线精确映射湍流是具有挑战性的。只有未来的仪器，如雅典娜上的X射线积分场单元（X-IFU）将具有空间和光谱分辨率，以定量研究所有尺度的ICM湍流。这些研究的有力诊断是线位移和线增宽图，以及二阶结构函数。在估计这些量时，仪器将受到其测量结果的不确定性以及观测结果的样本方差（又名宇宙方差）的限制。我们在这里扩展的形式主义开始在我们的同伴论文我包括这些线诊断估计的统计不确定性的影响，特别是结构功能。我们表明，统计有助于通过不同的条款，这取决于探测器的几何形状，空间分箱和湍流场的性质的总方差。当探测湍流的小尺度时，这些项很重要。这些方程的应用进行的X-IFU，使用合成的湍流速度地图的后发座星系团。结构函数估计（<3%）和方差（<10%）与公式吻合良好。这里和论文I中推导出的表达式是通用的，并确保对湍流结构函数的任何X射线测量中的总误差进行估计。它们还为即将到来的仪器和观测策略的优化开辟了道路。
2019-06-26 astro-ph.CO astro-ph.IM
Towards mapping turbulence in the intra-cluster medium -- I. Sample variance in spatially-resolved X-ray line diagnostics
对星系团的X射线观测提供了关于气体湍流运动的性质、其物理尺度以及与之相关的基本过程的见解。X射线发射线的空间分辨、高分辨率光谱测量提供了对发射大气中湍流运动性质的诊断。由于它们的作用尺度与物体的大小相当，这些物理参数的不确定性通过样本方差受到观测测量次数的限制。我们提出了一种不同的和互补的方法，通过引入新的分析发展线诊断的样本方差的计算重复数值模拟（即蒙特卡洛采样）。我们认为模型的“湍流气体云”，包括在各向同性和均匀的湍流所描述的一个普遍的Kolmogorov功率谱与随机振幅和相位的光学薄介质。下面的傅立叶系数的4项相关性的一个简单的处方，我们推导出一般的表达式的样本的平均值和方差的线质心移位，线加宽和投影速度结构函数。我们进行了数值验证的基础上蒙特卡罗模拟的两个流行的模型的气体发射率的基础上的β模型。通用表达式的样本方差的线的质心位移和扩大在任意孔径的推导和匹配的模拟范围内的适用性。通用表达式的平均值和方差的结构函数提供和验证模拟。雅典娜/X-IFU和XRISM/解决仪器的应用程序预测的潜力，敏感的，空间分辨光谱探测的惯性范围内的湍流速度级联的后发座状星系团。
2019-07-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
The Hot and Energetic Universe: A White Paper presenting the science theme motivating the Athena+ mission
这份白皮书，提交给最近的欧空局呼吁科学主题，以确定其未来的大型任务，主张需要一个转型的飞跃，我们的理解在天体物理学的两个关键问题：1）普通物质如何组装成大尺度结构，我们今天看到的？2)黑洞是如何成长和塑造宇宙的？星系团、星系群和星系际介质中的热气体主导着本宇宙的重子含量。为了了解这些大型结构形成和组装的天体物理过程，有必要测量它们的物理性质和演化。这需要空间分辨X射线光谱仪，与目前计划的设施相比，望远镜吞吐量和空间分辨能力都增加了10倍。来自超大质量黑洞的反馈是这一过程和大多数星系演化模型中的一个重要组成部分，但它还没有得到很好的理解。X射线观测可以独特地揭示在黑洞附近发射风的机制，并确定更大尺度上能量和物质流的耦合。由于反馈的影响，要完全了解星系演化，就需要了解超大质量黑洞在宇宙时间中的模糊增长，直到第一个星系形成的红移。X射线发射是揭示吸积黑洞的最可靠方法，但深度调查速度必须比现有设施提高100倍，才能对早期宇宙进行全面普查。高能天体物理学高级望远镜（雅典娜+）任务提供了解决这些问题的必要性能（例如角分辨率、光谱分辨率、巡天把握），并彻底改变了我们对炽热高能宇宙的理解。这些能力还将提供一个强大的天文台，用于天体物理学的所有领域。
2013-06-10 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.HE
Single pixel performance of a 32$\times$32 Ti/Au TES array with broadband X-ray spectra
我们正在开发一种千像素Ti/Au TES阵列，作为Athena X-IFU的备用选项。在这里，我们报告的单像素性能的32 $\times$ 32阵列中操作的频分复用（FDM）读出系统，偏置频率在1-5 MHz的范围内。我们已经通过$^{55}$ Fe放射源（发射5.9 keV的Mn-K $α$）和调制X射线源（MXS，提供5.4 keV的Cr-K $α$和8.0 keV的Cu-K $α$）测试了几种光子能量下的像素响应。首先，我们报告的程序用于执行探测器的能量标度校准，通常实现的校准精度优于$\sim$ 0.5 eV的5.4 - 8.9 keV的能量范围。然后，我们给出了在不同能量下测量的能量分辨率（最佳单像素性能：$Δ$ E $_{FWHM}$ = 2.40 $\pm$ 0.09 eV@5.4 keV; 2.53 $\pm$ 0.10 eV@5.9 keV; 2.78 $\pm$ 0.16 eV@8.0 keV），还研究了来自像素偏置频率和计数率的性能依赖性。由于长时间的背景测量（$\sim$ 1天），我们最终还检测到了1.5 keV的Al-K $α$线，该线由实验装置内部的荧光产生。我们分析了这条线，以获得也在低能量（$Δ$ E $_{FWHM}$ = 1.91 eV $\pm$ 0.21 eV@1.5 keV）下的单像素性能的第一评估，并评估在大能带（1.5 - 8.9 ke…
2021-02-16 astro-ph.IM physics.ins-det
