Minik uydu, erken evrenden gelen fısıltıları dinlemek için ayın karanlık yüzünü kullanacak

Birleşik Krallık tarafından geliştirilen ve kabaca küçük bir el çantası büyüklüğündeki küçük bir uydu, kozmolojideki en büyük sorulardan birine cevap vermeye yardımcı olabilir: Evrenin ilk yıldızları ortaya çıkmadan önce, kabaca 150 milyon yıllık kozmik karanlık çağlarda ne oldu?

Cambridge Üniversitesi liderliğindeki uluslararası bir bilim insanı ekibi, CosmoCube adı verilen uydunun Dünya’dan gelen tüm gürültüyü engelleyebilmesi ve evrenin ilk zamanlarından gelen zayıf fısıltıları dinleyebilmesi için ayın uzak tarafını bir “kalkan” olarak kullanacak.

21 santimetrelik çizgi olarak bilinen bu fısıltı, Büyük Patlama’nın ardından gelen ışıma ile nükleer füzyonun ilk yıldızları aydınlattığı kozmik şafak arasındaki dönemde hidrojen atomları tarafından yayılan bir sinyaldir. Daha önce hiç kimse bu dönemi doğrudan gözlemlememişti.

13,5 milyar yıl öncesinden gelen bu sinyali tespit etmek Dünya tabanlı teleskoplarla son derece zordur çünkü Dünya’nın iyonosferi doğru frekansları engeller ve FM radyo, uydular ve telekomünikasyondan kaynaklanan parazitler bunu bastırır.

Ancak ay doğal bir kalkan sağlar. CosmoCube ayın uzak tarafındaki yörüngesinde dönerken, her 2 saatlik yörüngenin yaklaşık 40 dakikası boyunca Dünya’dan gelen tüm gürültülerden korunacak. Beklenen 2 yıllık bir görev boyunca, evrenin keşfedilmemiş son dönemlerinden birine ilişkin 1000 saatlik veri toplayacak ve evrenin karanlık ve neredeyse boştan bugün gördüğümüz karmaşıklığa nasıl geçiş yaptığını anlamamıza yardımcı olacak.

Karanlık madde ve ay radyo kalkanı

Misyon, Birleşik Krallık Uzay Ajansı’ndan fon aldı ve araştırmacılar CosmoCube’un önümüzdeki beş yıl içinde fırlatılabileceğini umuyor. Detaylar dergide yayınlandı Doğa Astronomi.

CosmoCube, ilk yıldızlardan önceki dönemdeki evreni keşfetmenin yanı sıra, galaksileri bir arada tutan gizemli güç olan karanlık maddenin rolünü de keşfedecek.

Cambridge Cavendish Laboratuvarı’ndan baş yazar Profesör Eloy de Lera Acedo, “Büyük Patlama’dan sonra, ancak ilk yıldızlardan önce hidrojenden gelen bu emisyon, karanlık maddenin erken evrendeki rolünü, hidrojeni ilk yıldızlara ve galaksilere nasıl bir araya getirdiğini anlamamıza olanak sağlayacağını umuyoruz” dedi.

Bu dönemi incelemek için CosmoCube, yer tabanlı teleskopların menzilinin çok dışında, son derece düşük frekanslarda (10 ila 50 MHz arasında) çalışacak, bu nedenle ay, CosmoCube’un “yalnızlık kalesi” olarak kullanılacak.

Kavli Kozmoloji Enstitüsü’nden de Lera Acedo, “Bu kadar zayıf bir sinyali tespit etmek için ihtiyaç duyduğunuz korumayı elde ederken aynı zamanda tüm uzaya bakabileceğiniz başka bir yer yok” dedi. “Ay’ın uzak tarafı gerçekten tek seçenek: Aynı anda birden fazla sorunu çözüyor ve evrenin çok erken dönemlerine açık bir pencere açıyor.”

Uydu nasıl dinleyecek?

CosmoCube, Ay’ın etrafında yörüngeye girdiğinde, uydu Ay’ın uzak tarafındayken erken evrendeki hidrojen atomlarından gelen 21 santimetrelik sinyali algılayacak kadar hassas, uzun, hafif bir radyo antenini açacak.

Ay yörüngesindeyken CosmoCube, gökyüzü ile çeşitli yerleşik referans kaynakları arasında geçiş yapacak olan “Dicke anahtarlamalı” bir kalibratör kullanarak kendi elektroniklerini sürekli olarak kontrol edecek ve düzeltecektir. Bu, uydunun içinde kozmik sinyaller olarak görünebilecek küçük kaymaların ve gürültünün ortadan kaldırılmasına yardımcı olacaktır.

CosmoCube’ün verileri Dünya’ya geri döndüğünde ekip, ön plandaki gürültüyü (özellikle kendi galaksimizden gelen radyo emisyonlarını) ortadan kaldırmak için gelişmiş Bayes istatistiksel yöntemlerini kullanacak. Ayrıca bilgisayar simülasyonları ve uçuş sırasındaki ölçümleri kullanarak antenin gökyüzünün farklı bölgelerine nasıl tepki vereceğini yeniden yapılandıracaklar ve böylece kalan bozulmaları ortadan kaldıracaklar.

De Lera Acedo, “Bilimin dışında, görevimizi benzersiz kılan şey büyüklüğüdür: Karanlık çağların diğerlerinin ulaşamadığı en eski, en derin kısımlarını kompakt, nispeten düşük maliyetli bir platformla araştırıyoruz” dedi.

Ayı sessiz tutma yarışı

Ancak ayın uzak tarafı uzun süre sessiz kalmayabilir: ABD, Hindistan ve diğer ülkeler, ayın sessizliğinden faydalanmak için başka görevler planlıyor.

CosmoCube, Çip Üzerinde RF Sistemleri (RFSoC’ler) olarak adlandırılan en son analog ve dijital teknolojiyi kullanan, son teknoloji ürünü, tamamen entegre bir minyatür radyometreye sahiptir. CosmoCube uzay platformu (“SSTL-21”), İngiltere’de küçük uyduların üretiminde uzmanlaşmış Surrey Space Technology Limited (SSTL) tarafından geliştirilmektedir.

Cihaz geliştirme, işleyen laboratuvar prototipleri, çevresel testler ve endüstri ortaklarıyla önemli işbirlikleri ile tüm hızıyla devam ediyor. Birleşik Krallık’taki akademik ortaklar arasında Malta gibi AB ülkelerinden katılımla Portsmouth Üniversitesi ve STFC RAL Space bulunmaktadır. CosmoCube ekibi yakın zamanda ESA’nın mini-Hızlı misyonları Fikir Çağrısı’na katıldı ve 50 milyon avronun altında bir görev maliyetini hedefledi.

STFC RAL Space’ten ortak yazar Dr. Will Grainger, “CosmoCube, zorlu bir ortamda çok küçük bir uydudan iddialı bir bilim yapmayı hedefliyor ve bunu yapmak için bazı akıllı tasarım teknikleri gerekiyor” dedi. “Uydunun ve faydalı yükünün temsili modellerini geliştirmek için proje ortaklarıyla birlikte çalıştık. Bunlar, termal performansın, faydalı yükün Ay etrafındaki yörüngedeyken karşılaşacağı farklı sıcaklık koşulları altında gerekli hassas ölçümleri yapmasına ve çalışmasına olanak tanıdığından emin olmak için tesislerimizde test edildi. Gelecekte, tam bir görev için hazırlık olarak tam faydalı yükü daha da geliştirmeyi umuyoruz.”

De Lera Acedo, “Bu, Birleşik Krallık’ta gerçek bir başarı öyküsü olabilir: Donanım, yazılım, uygulama ve teknolojinin tamamı burada geliştiriliyor ve bu, evrendeki en derin sorulardan birini yanıtlamamıza yardımcı olabilir” dedi.