Mikrokalorimeter je občutljiva toplotna naprava, ki se uporablja za merjenje energije posameznih delcev ali fotonov, elementarnih delcev svetlobe. Je vrsta kalorimetra – instrumenta, ki meri toploto, ki se sprosti pri fizikalnih ali kemičnih reakcijah v vzorcu. Mikrokalorimetri se v astrofiziki uporabljajo za merjenje energije rentgenskih fotonov iz vesolja. Sorodna naprava, izotermični mikrokalorimeter, se uporablja v biokemiji in sorodnih področjih za odkrivanje majhnih energetskih sprememb pri nizkih temperaturah.
Zakon o ohranjanju energije, osnovni zakon fizike, pravi, da energije ni mogoče ustvariti ali uničiti, ampak jo je mogoče le pretvoriti v druge oblike. Na tem principu delujejo mikrokalorimetri. Energija iz fizične interakcije ali kemične reakcije se v sistemu pretvori v toploto in z merjenjem nastale spremembe toplote lahko sklepamo o energiji interakcije.
Tip mikrokalorimetra, ki se uporablja v astrofiziki, je sestavljen iz treh glavnih komponent: absorberja, hladilnega telesa in termistorja. Ko rentgenski foton udari v absorber, se energija prenese na elektron v atomu materiala absorberja. Ta energija povzroči, da se elektron vzbudi – skoči dlje od atomskega jedra in se osvobodi orbite. Drugi elektroni v absorberju se lahko v manjši meri vzbudijo zaradi tega ohlapnega elektrona, ki se dvigne na višje energijske orbite okoli svojih atomov.
Vzbujeni elektroni sprostijo energijo, ko se vrnejo v osnovno stanje ali najnižje energijsko stanje – stabilno orbito okoli atomov. Energija, ki se sprošča v tem procesu, se ohrani in pretvori v toploto, zaradi česar se temperatura v absorberju rahlo dvigne. Termometrska naprava v absorberju, znana kot termistor, zazna to spremembo temperature. Toplota nato teče v hladilno telo, kar povzroči, da se absorber vrne na prvotno temperaturo. Z merjenjem spremembe temperature, ki jo povzroči udar rentgenskega žarka, je mogoče izračunati izvirno energijo rentgenskega žarka.
Izotermični mikrokalorimeter deluje na približno enak način, čeprav se uporablja za merjenje kemičnih interakcij in ne energije fotonov. Ta naprava je sestavljena iz hladilnega telesa in zaprte reakcijske posode, v kateri poteka kemična reakcija. Hladilnik zagotavlja, da je reakcijska posoda pri konstantni temperaturi, kar omogoča natančne meritve. Ko pride do kemične reakcije, se določena količina energije bodisi sprosti kot toplota ali absorbira, kar povzroči spremembo temperature, ki jo zabeleži mikrokalorimeter. Izotermični mikrokalorimetri se uporabljajo v fizikalni kemiji, biokemiji in farmacevtski industriji, saj zagotavljajo zelo občutljiv način za analizo toplotnega toka v reakciji.
Mikrokalorimetri morajo delovati pri nizkih temperaturah, tako da lahko zaznajo najmanjše spremembe toplote, ki jih merijo. Na primer, naprave, ki se uporabljajo v astrofiziki, se vzdržujejo blizu absolutne ničle. Pri tej temperaturi je mogoče zaznati celo majhno spremembo toplotne energije, ki jo povzroči udarec enega samega fotona. Izotermični mikrokalorimetri niso tako ekstremni, vendar se še vedno vzdržujejo pri veliko nižjih temperaturah kot makrokalorimetri.