Un satélite compacto fabricado en el Reino Unido podría pronto encontrar refugio detrás de la Luna para captar una señal de una época anterior a la de las primeras estrellas. CosmoCube tiene aproximadamente el tamaño de una maleta de mano, y su diseño le permite escuchar señales débiles al tiempo que evita el ruido de radio producido por el lado lejano de nuestro propio satélite natural para escapar de la Tierra.
Un equipo internacional liderado por la Universidad de Cambridge construyó el satélite. Su misión es sencilla: ubicar la Luna como una barrera, y luego buscar una señal débil de la época anterior a que existieran las estrellas. Esa señal es la línea de 21 centímetros, la cual rastrea átomos de hidrógeno que vivieron entre el Big Bang y el instante en que la fusión nuclear comenzó dentro de las primeras estrellas.
Por qué Funciona el Lado Lejano
La ionosfera de la Tierra bloquea las frecuencias de radio necesarias para ver esta señal desde el suelo. Las propias transmisiones de radio de nuestro planeta — estaciones de FM, satélites, telecomunicaciones — inundan el débil susurro cósmico con ruido. La Luna ofrece una solución natural. Cuando CosmoCube pasa detrás de la Luna, el cuerpo lunar bloquea el ruido de radio de la Tierra durante aproximadamente 40 minutos durante cada órbita de dos horas.
Los científicos tienen como objetivo recopilar aproximadamente 1.000 horas de datos durante la estancia proyectada de dos años en el espacio. Esa información podría arrojar luz sobre cómo el cosmos se transformó de un espacio oscuro y relativamente vacío al universo lleno de galaxias que vemos hoy.
El Papel Temprano de la Materia Oscura
Más allá del estudio de la época oscura, los investigadores utilizan CosmoCube para investigar la materia oscura y su papel en la configuración de las estructuras cósmicas más tempranas. Aunque la materia oscura en sí misma no puede ser observada directamente, su influencia gravitacional es esencial para comprender cómo las galaxias y otras formaciones a gran escala mantienen su forma.
«Esta emisión de hidrógeno después del Big Bang, pero antes de las primeras estrellas, esperamos que nos permita comprender el papel de la materia oscura en el universo temprano, cómo funcionó para atraer el hidrógeno hacia las primeras estrellas y galaxias», dijo el autor principal, el profesor Eloy de Lera Acedo, del Cavendish Laboratory de Cambridge.
Cómo Escucha el Satélite
Para alcanzar este período antiguo, CosmoCube observará frecuencias de radio entre 10 y 50 MHz. Estas frecuencias son en gran medida inaccesibles para los telescopios terrestres, lo que convierte a la Luna en una ubicación especialmente valiosa para el experimento.
«No hay otro lugar donde se pueda obtener el tipo de protección que se necesita para detectar una señal tan débil, al mismo tiempo que se observa todo el espacio», dijo de Lera Acedo, quien también está afiliada al Instituto Kavli de Cosmología. «El lado lejano de la Luna es realmente la única opción: resuelve múltiples problemas a la vez, abriendo una ventana clara al universo muy temprano.»
La Antena y Su Calibración
Una vez en órbita lunar, CosmoCube liberará su larga y liviana antena de radio. Mientras la nave espacial pasa detrás de la Luna, esa antena escaneará en busca de la señal de hidrógeno de 21 centímetros proveniente del universo temprano, con la superficie lunar actuando como un escudo contra las interferencias de la Tierra.
CosmoCube debe rastrear una señal extremadamente débil con gran precisión. Lo hace alternando entre mirar al cielo y medir varias fuentes de referencia internas, permitiéndole calibrar constantemente sus propios componentes electrónicos y realizar correcciones. El objetivo de este enfoque es capturar y eliminar pequeñas variaciones o ruido electrónico proveniente de la propia nave espacial, para que no se tomen por una señal de la historia cósmica lejana.
Después de que las observaciones regresen a la Tierra, los investigadores llevarán a cabo más trabajo utilizando métodos estadísticos bayesianos sofisticados para separar la señal que desean del ruido de fondo, especialmente las emisiones de radio provenientes de nuestra propia galaxia. Los modelos informáticos y las mediciones de la misión les ayudarán a reconstruir cómo reacciona la antena de CosmoCube a diferentes partes del cielo. Ese conocimiento les permite corregir cualquier distorsión residual que de otro modo podría oscurecer los hallazgos.
Una Plataforma Compacta
A medida que más naciones planean misiones al lado lejano de la Luna, el silencio de radio disponible detrás de él podría volverse cada vez más valioso. Estados Unidos e India están entre aquellos que están desarrollando métodos para aprovechar el inusualmente silencioso entorno de radio en el lado lunar lejano.
La empresa del Reino Unido Surrey Space Technology Limited (SSTL) está desarrollando la plataforma de la nave espacial CosmoCube (‘SSTL-21’), que lleva un radiómetro miniaturizado altamente integrado que combina tecnologías analógicas y digitales modernas a través de la llamada tecnología de Sistemas de Radiofrecuencia en Chip (RFSoCs). SSTL se especializa en la fabricación de pequeños satélites.
Lo que lo hace único
La característica distintiva de la misión es su escala: envía un satélite pequeño y relativamente económico para explorar las partes más tempranas y profundas de la era oscura a las que otros instrumentos no pueden llegar, según de Lera Acedo.
| Característica | CosmoCube |
|---|---|
| Tamaño | Tamaño de una maleta |
| Duración de la misión | Se espera dos años |
| Horas de observación | Alrededor de 1,000 horas |
| Rango de frecuencia | 10 a 50 MHz ) |
| Apantallamiento ) | Lejano lado de la Luna ) |
| Hito ) | Cronograma ) |
|---|---|
| Misión financiada ) | Por la Agencia Espacial del Reino Unido ) |
| Objetivo de lanzamiento ) | Dentro de los próximos cinco años ) |
| Observaciones ) | ~1.000 horas durante dos años ) |
| Procesamiento de datos ) | Utiliza estadística Bayesiana. |
| Plataforma. | SSTL-21, desarrollado por SSTL. |
La Ciencia en Juego.
El tiempo transcurrido entre el resplandor persistente del Big Bang y el momento en que la fusión nuclear comenzó dentro de las primeras estrellas permanece invisible a los ojos humanos. Esa señal data de más de 13.5 mil millones de años, pero captarla desde nuestro planeta plantea un gran desafío.
La financiación para el proyecto proviene de la Agencia Espacial del Reino Unido, y los investigadores esperan ver a CosmoCube lanzado dentro de los próximos cinco años. Los detalles de la misión han sido publicados en Nature Astronomy.
El objetivo es claro: el equipo no está simplemente construyendo un telescopio más pequeño. En cambio, están empleando la Luna misma como un instrumento. El lado lejano sirve como un escudo de radio natural, mientras que la nave espacial funciona como un oyente de precisión. Combinados, abren una vía a un capítulo del pasado del universo que ha permanecido oculto.
La señal es débil, pero el escudo es perfecto.
Material fuente: “Esta nave espacial del tamaño de una maleta podría escuchar el universo antes de que existieran las estrellas”, ScienceDaily.
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