CosmoCube: спутник размером с чемодан будет слушать Вселенную эпохи до первых звёзд
Британские учёные разработали компактный спутник CosmoCube, который отправят на обратную сторону Луны для поиска сигналов из ранней Вселенной — времени, когда звёзд ещё не существовало. Луна защитит аппарат от радиошума Земли и позволит уловить сигналы, недоступные наземным телескопам.
CosmoCube — спутник размером не больше ручной клади — разработан в Великобритании международной командой под руководством Кембриджского университета. Аппарат планируют отправить на орбиту Луны, где он будет ловить чрезвычайно слабые сигналы из ранней Вселенной.
Что ищет CosmoCube
Спутник будет искать так называемую линию 21 сантиметр — сигнал от атомов водорода, существовавших в период между остаточным свечением Большого взрыва и Космической зарёй, когда в первых звёздах включилась ядерная реакция синтеза. Этот сигнал возник более 13,5 миллиарда лет назад.
Учёные называют это время «космической тёмной эпохой» — примерно 150 миллионов лет, когда Вселенная была тёмной и относительно пустой, до появления первых звёзд.
Почему Луна — идеальное место
Обнаружить этот сигнал с Земли практически невозможно. Ионосфера планеты блокирует нужные радиочастоты для наземных обсерваторий, а FM-трансляции, спутники и телекоммуникации создают помехи, которые заглушают слабый космический сигнал.
На обратной стороне Луны радиошум Земли полностью экранируется. Когда CosmoCube проходит за Луной, лунное тело блокирует земные помехи примерно на 40 минут во время каждого двухчасового витка. За предполагаемую двухлетнюю миссию исследователи надеются собрать около 1000 часов наблюдений из одной из последних малоизученных эпох Вселенной.
Как работает спутник
CosmoCube будет наблюдать радиочастоты между 10 и 50 МГц — диапазон, в основном недоступный для наземных телескопов. После выхода на лунную орбиту спутник развернёт длинную лёгкую радиоантенну.
Для обнаружения столь слабого сигнала требуется экстремальная точность. Спутник будет постоянно контролировать и корректировать собственную электронику с помощью калибратора с переключением Дике, чередуя наблюдение неба и измерение внутренних эталонных источников. Это позволит выявить и исключить микроскопические изменения и электронные шумы самого аппарата, которые иначе можно было бы принять за сигнал из древней Вселенной.
После возврата данных на Землю исследователи применят продвинутые байесовские статистические методы для отделения нужного сигнала от фоновых радиоизлучений, особенно от нашей собственной галактики.
Тёмная материя и первые галактики
Наблюдения CosmoCube должны помочь объяснить, как Вселенная превратилась из тёмного и относительно пустого места в богатый звёздами и галактиками космос, который мы видим сегодня. Особый интерес учёных — роль тёмной материи в образовании первых космических структур.
Как отметил руководитель проекта профессор Элой де Лера Аседу из Кавендишской лаборатории Кембриджа: «Это излучение водорода после Большого взрыва, но до появления первых звёзд, должно помочь нам понять роль тёмной материи в ранней Вселенной, как она работала, чтобы собрать водород в первые звёзды и галактики».
Компактность и стоимость
CosmoCube разрабатывается британской компанией Surrey Space Technology Limited (SSTL), специализирующейся на производстве малых спутников. Спутник содержит высокоинтегрированный миниатюрный радиометр, объединяющий современные аналоговые и цифровые технологии с использованием технологии RF Systems on Chip (RFSoCs).
Уникальность миссии — в её компактности и относительно низкой стоимости. Проект получил финансирование от Космического агентства Великобритании. Команда CosmoCube недавно участвовала в конкурсе ESA mini Fast missions Call for Ideas с целевой стоимостью миссии ниже 50 миллионов евро.
Исследователи надеются запустить CosmoCube в течение следующих пяти лет. В разработке уже созданы рабочие прототипы лаборатории, проводятся испытания в условиях окружающей среды. Помимо Кембриджа, в проекте участвуют Портсмутский университет, STFC RAL Space и исследователи из стран ЕС, включая Мальту.
Растущий интерес к лунной тишине
Радиомолчание на обратной стороне Луны становится всё более ценным. США, Индия и другие страны также планируют миссии, рассчитанные на использование необычайно тихой радиосреды на лунной дальней стороне.
Если CosmoCube окажется успешным, это продемонстрирует, что крупные открытия о самой ранней Вселенной не обязательно требуют огромных космических аппаратов.
Это данные исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy, а не медицинский или технический совет.
