CosmoCube : un satellite de la taille d’une valise à l’écoute des « âges sombres » de l’Univers depuis la face cachée de la Lune

Dans l'immense et silencieuse obscurité de l'Univers primitif, avant que les premières étoiles ne s'allument, l'hydrogène neutre remplissait l'espace. Cet hydrogène ancien recèle encore un secret : un murmure radio infime connu sous le nom de raie à 21 centimètres. Le détecter depuis la Terre est quasi impossible à cause de notre ionosphère et du bruit radio d'origine humaine. Mais une équipe de scientifiques de l'Université de Cambridge pense avoir une solution : un satellite de la taille d'une valise baptisé CosmoCube qui utilisera la face cachée de la Lune comme bouclier naturel pour capter les signaux des âges sombres cosmiques .

L'objectif scientifique : la raie à 21 cm des âges sombres cosmiques

La mission principale de CosmoCube est de détecter la raie spectrale à 21 cm décalée vers le rouge (redshift) de l'hydrogène neutre qui existait pendant les âges sombres cosmiques (redshifts z ≈ 13-150) . C'est la seule sonde directe connue de cette époque, une période située entre la rémanence du Big Bang et la formation des premières étoiles et galaxies . Le signal est inaccessible depuis le sol car l'ionosphère terrestre bloque les ondes radio à basse fréquence . Même depuis l'espace, le signal est extraordinairement faible, mais la face cachée de la Lune offre un environnement « calme » unique .

Le satellite : une plateforme britannique de la taille d'une valise

CosmoCube est décrit comme ayant la taille d'une petite valise cabine . Surrey Satellite Technology Limited (SSTL) est le maître d'œuvre d'une étude de phase 0 de trois mois, financée par l'Agence spatiale britannique (UKSA), qui se concentre sur la conception et la faisabilité de la mission . La plateforme satellitaire exploite l'expertise britannique dans le développement de petits satellites rentables .

Le bouclier lunaire : orbite et stratégie d'observation

Le satellite évoluerait en orbite basse lunaire (Low Lunar Orbit, LLO), ne collectant des données qu'en passant derrière la face cachée de la Lune . Cette position bloque le bruit électromagnétique de la Terre, des radios FM, des satellites et autres interférences humaines . Pendant chaque orbite d'environ deux heures, environ 40 minutes seraient disponibles pour des observations protégées . La bande d'observation est décrite dans les articles académiques comme étant de 10 à 100 MHz, la cible scientifique principale étant la partie inférieure de cette gamme .

Durée de la mission et collecte de données

La mission prévue de deux ans devrait accumuler environ 1 000 heures de données radio intégrées à basse fréquence . En accumulant du temps d'observation orbite après orbite, l'instrument vise à détecter le signal extrêmement faible des âges sombres, noyé sous des avant-plans astrophysiques plus brillants comme le rayonnement synchrotron galactique .

Coût, calendrier et cadre de l'ESA

CosmoCube est conçu pour s'inscrire dans le cadre de l'appel d'offres exploratoire « mini-Fast » de l'ESA, dont le plafond de coût est estimé à moins de 50 millions d'euros et qui vise un délai de moins de cinq ans entre la sélection et le lancement . La fenêtre de lancement nominale se situe dans les quatre à cinq ans suivant la sélection . Cette approche rapide et peu coûteuse vise à fournir une science à fort impact avec un budget relativement modeste .

Une course à la face cachée de la Lune

L'équipe de CosmoCube n'est pas la seule à cibler la face cachée de la Lune pour la science des âges sombres. Le concurrent le plus immédiat est le pathfinder LuSEE-Night (Lunar Surface Electromagnetics Experiment – Night), une collaboration entre la NASA et le Département américain de l'Énergie. LuSEE-Night doit atterrir sur la face cachée de la Lune dès 2025-2026, visant à effectuer les premières mesures du signal 21 cm des âges sombres depuis la surface . Des concepts plus vastes comme les réseaux FARSIDE et FarView sont également en phase de conception préliminaire, mais ils seraient beaucoup plus grands et plus complexes . L'Inde et d'autres nations ont également annoncé des projets scientifiques pour la face cachée de la Lune, bien que les noms des missions spécifiques ne soient pas détaillés dans les sources disponibles . L'équipe de CosmoCube a noté que le prestige scientifique d'être le premier à détecter le signal des âges sombres est considérable, ce qui accroît l'urgence de passer rapidement du concept au vol .

Enjeux et statut actuel

Les preuves disponibles concernant CosmoCube proviennent principalement d'articles de presse (The Guardian, PopSci, phys.org), d'un article du magazine Cavendish Laboratory de Cambridge et d'articles académiques sur la conception du spectromètre . La documentation officielle de pré-phase A de l'ESA ou de Cambridge n'est pas encore publique. Le nom de la plateforme satellitaire « SSTL-21 » et les détails précis de la bande d'observation sont rapportés dans certaines sources d'information mais ne sont pas confirmés dans les articles académiques bruts récupérés. Le paysage concurrentiel au-delà de LuSEE-Night n'est mentionné qu'en termes généraux.

Pourquoi c'est important

Détecter le signal 21 cm des âges sombres cosmiques serait une réalisation capitale en cosmologie. Cela permettrait aux scientifiques de plonger directement dans une ère jusqu'alors inaccessible de l'histoire de l'Univers, testant les modèles de formation des premières structures et les propriétés de la matière noire . CosmoCube, en prouvant qu'un petit satellite relativement peu coûteux peut effectuer cette mesure depuis l'orbite lunaire, pourrait ouvrir une nouvelle fenêtre sur le cosmos primitif et établir un modèle pour la future radioastronomie spatiale .