Odkryje, co działo się tuż po Wielkim Wybuchu? Brytyjski mikrosatelita podsłucha „szept” Wszechświata!
Niewielki satelita, wielkości małej walizki podręcznej, może pomóc odpowiedzieć na jedno z największych pytań współczesnej kosmologii: co działo się przez około 150 milionów lat kosmicznych „ciemnych wieków”, zanim we wszechświecie pojawiły się pierwsze gwiazdy.
Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez Uniwersytet Cambridge zaprezentował projekt misji CosmoCube, opisany w czasopiśmie „Nature Astronomy”. Misja ma wykorzystać ciemną stronę Księżyca jako naturalną „tarczę”, dzięki której satelita będzie mógł odciąć się od wszystkich zakłóceń dochodzących z Ziemi i nasłuchiwać słabego sygnału z bardzo wczesnego wszechświata. Sygnał ten, znany jako linia 21 centymetrów, jest emitowany przez atomy wodoru w okresie między poświatą Wielkiego Wybuchu a Kosmicznym Świtem, czyli momentem, w którym zapłon reakcji termojądrowych rozświetlił pierwsze gwiazdy. Nikt dotąd nie zaobserwował bezpośrednio tej epoki.
Księżyc jako naturalna osłona przed radiowym hałasem Ziemi
Wykrycie tego sygnału sprzed ponad 13,5 miliarda lat jest niezwykle trudne z użyciem naziemnych teleskopów, ponieważ jonosfera Ziemi blokuje odpowiednie częstotliwości, a zakłócenia pochodzące z radia FM, satelitów i telekomunikacji zagłuszają słaby sygnał. Księżyc zapewnia jednak naturalną osłonę – gdy CosmoCube będzie krążył po jego dalekiej stronie, przez około 40 minut każdej dwugodzinnej orbity będzie całkowicie odcięty od ziemskiego szumu. W ciągu planowanej dwuletniej misji satelita ma zgromadzić około 1000 godzin danych z jednego z ostatnich niezbadanych okresów historii wszechświata.
Misja otrzymała finansowanie z brytyjskiej Agencji Kosmicznej, a naukowcy liczą, że CosmoCube uda się wystrzelić w ciągu najbliższych pięciu lat. Jak podkreśla główny autor badania, profesor Eloy de Lera Acedo z Cavendish Laboratory na Uniwersytecie Cambridge, obserwacja tej emisji wodoru, powstałej po Wielkim Wybuchu, ale przed pojawieniem się pierwszych gwiazd, ma pomóc zrozumieć rolę ciemnej materii we wczesnym wszechświecie – w tym sposób, w jaki ściągała ona wodór, prowadząc do powstania pierwszych gwiazd i galaktyk.
Antena czuła na sygnał sprzed miliardów lat
Aby badać ten okres, CosmoCube będzie działał na bardzo niskich częstotliwościach – między 10 a 50 MHz – daleko poza zasięgiem teleskopów naziemnych. To dlatego, jak wyjaśnia de Lera Acedo, daleka strona Księżyca jest jedynym miejscem, które pozwala jednocześnie na odpowiednie ekranowanie i obserwację całego nieba.
Na orbicie okołoksiężycowej CosmoCube rozłoży długą, lekką antenę radiową, na tyle czułą, by wykryć sygnał 21 centymetrów pochodzący od atomów wodoru z wczesnego wszechświata, gdy satelita znajdzie się po dalekiej stronie Księżyca. Podczas lotu satelita będzie na bieżąco kalibrował swoją elektronikę za pomocą tzw. przełącznika Dicke’a, przełączającego się między obserwacją nieba a wewnętrznymi źródłami wzorcowymi, co pozwoli wyeliminować drobne zakłócenia mogące imitować sygnał kosmiczny. Po powrocie danych na Ziemię zespół zastosuje zaawansowane metody statystyki bayesowskiej, by usunąć szum pochodzący głównie z emisji radiowych naszej własnej galaktyki.
Platforma satelitarna CosmoCube, nazwana „SSTL-21”, jest rozwijana w Wielkiej Brytanii przez firmę Surrey Space Technology Limited, specjalizującą się w budowie małych satelitów. Prace nad instrumentem są już zaawansowane – powstały działające prototypy laboratoryjne, prowadzone są testy środowiskowe, a w projekt zaangażowani są partnerzy przemysłowi oraz akademiccy, w tym Uniwersytet w Portsmouth i STFC RAL Space, a także instytucje z innych krajów UE, w tym Malty. Zespół CosmoCube brał również udział w konkursie Europejskiej Agencji Kosmicznej na misje typu mini-Fast, których koszt ma nie przekraczać 50 milionów euro.
Badacze zaznaczają jednak, że daleka strona Księżyca może nie pozostać cicha na długo – podobne misje planują też Stany Zjednoczone, Indie i inne kraje, chcące wykorzystać ciszę panującą po niewidocznej z Ziemi stronie naszego naturalnego satelity.
Źródło: University of Cambridge
Czytaj też: Przełom w astronomii. Naukowcy odkryli „ukryty dopływ” materii, który karmi gigantyczne gwiazdy
Grafika tytułowa: NASA / Unsplash
