Un satélite explorará la cara oculta de la Luna: por qué será clave para entender el origen de las estrellas

Un diminuto satélite británico llamado CosmoCube podría orbitar la cara oculta de la Luna en los próximos cinco años para estudiar qué ocurrió durante unos 150 millones de años en el período anterior a la aparición de las primeras estrellas.

Según la Universidad de Cambridge, el objetivo es aprovechar el satélite natural como escudo contra el ruido de la Tierra para escuchar una señal de hidrógeno que nunca se observó de forma directa.

La misión prevé reunir 1.000 horas de datos a lo largo de dos años. En cada órbita lunar de dos horas, el satélite quedará protegido de las interferencias terrestres durante unos 40 minutos cuando pase por la cara oculta.

Ese intervalo de observación es central para responder la pregunta que guía el proyecto: qué pasó entre el resplandor remanente del Big Bang y el amanecer cósmico, cuando la fusión nuclear encendió las primeras estrellas. La señal que buscan los investigadores es la llamada línea de 21 centímetros, emitida por átomos de hidrógeno en ese tramo remoto de la historia del universo.

Detectarla desde la Tierra resulta extremadamente difícil por dos razones. La ionosfera bloquea las frecuencias necesarias y, además, la radio FM, los satélites y las telecomunicaciones enmascaran esa emisión débil.

La cara oculta de la Luna ofrece el silencio que no existe en la Tierra

El equipo internacional, liderado por Cambridge, operará en frecuencias muy bajas, entre 10 y 50 MHz, fuera del alcance efectivo de los telescopios terrestres para este tipo de observación. La Luna, de acuerdo con la institución, ofrece el único entorno capaz de bloquear a la vez el ruido terrestre y permitir una visión amplia del cielo.

El profesor Eloy de Lera Acedo, autor principal del trabajo, explicó que esa emisión de hidrógeno posterior al Big Bang y anterior a las primeras estrellas podría ayudar a entender el papel de la materia oscura en el universo primitivo y su contribución a la formación del hidrógeno que dio origen a las primeras estrellas y galaxias.

De Lera Acedo, investigador del Laboratorio Cavendish y del Instituto Kavli de Cosmología, sostuvo: “No existe otro lugar donde se pueda obtener el tipo de protección necesaria para detectar una señal tan débil, al tiempo que se observa todo el espacio. La cara oculta de la Luna es realmente la única opción: resuelve múltiples problemas a la vez, abriendo una ventana clara al universo primitivo”.

Los detalles de la misión fueron publicados en Nature Astronomy. El proyecto recibió financiación de la Agencia Espacial del Reino Unido y sus responsables esperan concretar el lanzamiento dentro de ese plazo de cinco años.

El satélite desplegará una antena ligera y corregirá su propio ruido interno

Una vez en órbita lunar, CosmoCube desplegará una antena de radio larga y ligera diseñada para detectar la señal de 21 centímetros cuando el artefacto se encuentre detrás de la Luna. Esa fase de observación se combinará con un sistema de calibración constante de sus propios componentes electrónicos.

Para hacerlo, usará un calibrador conmutado por Dicke, que alternará entre el cielo y varias fuentes de referencia integradas. Ese mecanismo permitirá corregir pequeñas derivas y ruidos internos del satélite que podrían confundirse con señales cósmicas reales.

Cuando los datos regresen a la Tierra, el equipo aplicará métodos estadísticos bayesianos avanzados para separar la señal buscada del ruido de fondo, sobre todo de las emisiones de radio de la Vía Láctea. También reconstruirá la respuesta de la antena frente a distintas regiones del cielo mediante simulaciones por computadora y mediciones en vuelo para restar distorsiones residuales.

De Lera Acedo afirmó que una de las singularidades de la misión está en su escala. “Además de la ciencia, lo que hace que nuestra misión sea única es su magnitud: estamos explorando las partes más antiguas y profundas de la Edad Media a las que otros no llegan, pero con una plataforma compacta y de coste relativamente bajo”.

La publicación de Cambridge advirtió que ese entorno radioeléctrico silencioso puede no durar mucho. Estados Unidos, India y otros países preparan misiones para aprovechar el mismo aislamiento natural de la cara oculta lunar.

El satélite incorpora un radiómetro miniatura totalmente integrado basado en sistemas de radiofrecuencia en chip. La plataforma espacial, denominada SSTL-21, está siendo desarrollada en el Reino Unido por Surrey Space Technology Limited, una empresa especializada en pequeños satélites.

El desarrollo del instrumento, según la universidad, ya incluye prototipos de laboratorio funcionales, pruebas ambientales y una colaboración con socios de la industria. Entre los participantes académicos del Reino Unido figuran la Universidad de Portsmouth y STFC RAL Space, junto con la participación de Malta y otros socios de la Unión Europea.

El equipo también se presentó a la convocatoria de ideas de las mini misiones Fast de la Agencia Espacial Europea con la meta de mantener el costo total por debajo de 50 millones de euros. Ese objetivo acompaña la apuesta técnica por una plataforma pequeña capaz de operar en un entorno complejo.

El doctor Will Grainger, coautor del proyecto e integrante de STFC RAL Space, dijo: “CosmoCube pretende realizar investigaciones científicas ambiciosas desde un satélite muy pequeño en un entorno complejo, y para ello se requieren técnicas de diseño ingeniosas. Hemos colaborado con los socios del proyecto para desarrollar modelos representativos del satélite y su carga útil. Estos se han probado en nuestras instalaciones para garantizar que su rendimiento térmico permita que la carga útil funcione y realice las mediciones precisas necesarias bajo las diferentes temperaturas que experimentará en órbita alrededor de la Luna”.

En esas pruebas se evaluó si la carga útil puede mantener el rendimiento térmico necesario para medir con precisión bajo las variaciones de temperatura previstas en órbita lunar. Grainger añadió que el siguiente paso esperado es seguir desarrollando la carga útil completa de cara a una misión integral.

De Lera Acedo sostuvo que el proyecto también puede convertirse en una vitrina tecnológica nacional. “Esto podría ser un verdadero caso de éxito para el Reino Unido: el hardware, el software, la implementación y la tecnología se están desarrollando aquí, y podría ayudarnos a responder una de las preguntas más profundas del universo”.