Impatto dei soft proton sul background di Athena: studio della fisica di interazione attraverso simulazioni Geant4

Athena è la seconda missione spaziale di classe large dell’ESA, con durata prevista di cinque anni, che permetterà di studiare l’Universo caldo ed energetico. Con lancio previsto nel 2028, il telescopio X Athena verrà collocato in orbita L2 ed opererà in una banda energetica di ∼ 0.1 − 15 keV . Tra i vari requisiti scientifici della missione necessari, per garantire il raggiungimento degli obiettivi scientifici, quali lo studio delle regioni esterne degli ammassi di galassie, vi è quello relativo alla sensibilità nella banda energetica di 5 − 7 keV . Tale requisito è influenzato dal Non X-ray Background (NXB), di cui la componente più incerta sono i soft proton. Questi protoni a bassa energia (< 300 keV ) possono interagire con le ottiche del telescopio X e raggiungere il rivelatore incrementando il livello del background. Tramite un’accurata raccolta dei flussi dei soft proton, misurati da diverse missioni spaziali, e l’estrapolazione dello spettro a legge di potenza nella banda di interesse, viene determinato il flusso di queste particelle in L2. Inoltre, attraverso simulazioni GEANT4, viene studiata la fisica di interazione dei soft proton con le ottiche del satellite. Si sono studiati vari modelli fisici che descrivono lo scattering radente dei protoni con le ottiche X e verificato sia l’impatto del cut-off sia quello del coating; tale studio ha permesso, tra le altre cose, di ottimizzare il tempo delle simulazioni. Dall’unione dello studio sul flusso dei soft proton in L2 e delle simulazioni sulla loro interazione con le ottiche X, viene determinato il flusso dei soft proton in L2 che raggiunge il rivelatore WFI di Athena per verificare se la componente dei soft proton è tale da limitare (e in quale misura) il raggiungimento dell’obiettivo scientifico considerato e quindi valutare la necessità di inserire a bordo della missione un magnetic diverter.