CosmoCube: De kleine satelliet die de donkere middeleeuwen van het heelal wil horen vanaf de achterkant van de maan

In de uitgestrekte, stille duisternis van het jonge heelal, nog voordat de eerste sterren ontbrandden, vulde neutraal waterstof de ruimte. Dat oeroude waterstof herbergt nog altijd een geheim – een fluisterzacht radiogefluister, de 21-centimeterlijn. Vanaf de aarde is dit signaal vrijwel niet te detecteren. Onze ionosfeer en alle door de mens gemaakte radiostoring maken het onmogelijk. Een team wetenschappers van de Universiteit van Cambridge denkt echter de oplossing te hebben: een satelliet ter grootte van een kleine koffer, genaamd CosmoCube, die de achterkant van de maan gebruikt als een natuurlijk schild om de signalen uit de kosmische 'donkere middeleeuwen' op te vangen .

Het wetenschappelijke doel: de 21-cm lijn uit de kosmische donkere middeleeuwen

Het primaire doel van CosmoCube is het detecteren van de roodverschoven 21-cm spectraallijn van neutraal waterstof uit de kosmische donkere middeleeuwen (roodverschuivingen z ≈ 13–150) . Dit is de enige bekende directe manier om dat tijdperk te bestuderen, de periode tussen de nagloed van de oerknal en de vorming van de eerste sterren en sterrenstelsels . Het signaal is vanaf de grond niet te ontvangen omdat de ionosfeer van de aarde laagfrequente radiogolven blokkeert . Zelfs vanuit de ruimte is het signaal extreem zwak, maar de achterkant van de maan biedt een uniek 'stille' omgeving .

Ruimtevaartuig en platform: formaat handbagage, Brits gebouwd

CosmoCube wordt omschreven als ongeveer zo groot als een kleine handkoffer . Surrey Satellite Technology Limited (SSTL) is de hoofdaannemer voor een driedaagse fase 0-studie, gefinancierd door het UK Space Agency, gericht op missieontwerp en haalbaarheid . Het satellietplatform maakt gebruik van de Britse expertise in de ontwikkeling van kleine, kosteneffectieve satellieten .

Het maanschild: baan en observatiestrategie

De satelliet zou in een lage baan om de maan (LLO) opereren en alleen gegevens verzamelen tijdens passages achter de achterkant van de maan . Die positie blokkeert alle elektromagnetische ruis van de aarde, zoals FM-radio, satellieten en andere menselijke storing . Tijdens elke baan van ongeveer twee uur is er zo'n 40 minuten beschikbaar voor afgeschermde waarnemingen . In wetenschappelijke publicaties wordt het observatiebereik genoemd als 10–100 MHz, waarbij de belangrijkste wetenschappelijke focus op het lagere deel van dat spectrum ligt .

Missieduur en dataverzameling

De geplande tweejarige missie moet ongeveer 1.000 uur aan geïntegreerde laagfrequente radiodata opleveren . Door baan na baan observatietijd op te bouwen, hoopt het instrument het uiterst zwakke signaal uit de donkere middeleeuwen te detecteren, dat verscholen gaat achter helderdere astrofysische voorgrondstraling zoals galactische synchrotronstraling .

Kosten, tijdlijn en ESA-kader

CosmoCube is ontworpen om te passen binnen de verkennende 'mini-Fast'-oproep van de ESA, met een geschat kostenplafond voor ESA van minder dan 50 miljoen euro en een streeftijdlijn van minder dan vijf jaar van selectie tot lancering . Het nominale lanceringsvenster ligt binnen vier tot vijf jaar na selectie . Deze snelle, goedkope aanpak moet hoogwaardige wetenschap opleveren met een relatief bescheiden budget .

Concurrentie: een race naar de achterkant van de maan

Het CosmoCube-team is niet de enige dat de achterkant van de maan wil gebruiken voor onderzoek naar de donkere middeleeuwen. De meest directe concurrent is de LuSEE-Night-pathfinder (Lunar Surface Electromagnetics Experiment – Night), een samenwerking tussen NASA en het Amerikaanse ministerie van Energie. LuSEE-Night staat gepland voor een landing op de achterkant van de maan zo vroeg als 2025–2026 en wil de eerste metingen van het 21-cm signaal vanaf het maanoppervlak verrichten . Grotere concepten zoals de FARSIDE- en FarView-arrays bevinden zich nog in de voorlopige ontwerpfase, hoewel die veel groter en complexer zouden zijn . Ook India en andere landen hebben plannen aangekondigd voor wetenschap op de achterkant van de maan, hoewel specifieke missienamen in de beschikbare bronnen niet worden genoemd . Het CosmoCube-team heeft aangegeven dat de wetenschappelijke prestige van een eerste detectie van het signaal uit de donkere middeleeuwen groot is, wat de urgentie vergroot om snel van concept naar vlucht te gaan .

Belangrijke kanttekeningen en huidige status

Het beschikbare bewijs over CosmoCube is voornamelijk afkomstig uit nieuwsartikelen (The Guardian, PopSci, phys.org), een artikel in het Cambridge Cavendish Laboratory magazine en wetenschappelijke publicaties over het spectrometrisch ontwerp . Officiële pre-fase A-documentatie van ESA of Cambridge is nog niet openbaar. De naam van het satellietplatform 'SSTL-21' en de exacte waarnemingsband worden in sommige nieuwsbronnen genoemd, maar niet bevestigd in de opgehaalde academische papers. Het concurrentieveld naast LuSEE-Night wordt slechts in algemene termen genoemd.

Waarom dit belangrijk is

Het detecteren van het 21-cm signaal uit de kosmische donkere middeleeuwen zou een mijlpaal zijn in de kosmologie. Het zou wetenschappers in staat stellen om rechtstreeks in een voorheen ontoegankelijk tijdperk van de geschiedenis van het heelal te kijken, en zo modellen van vroege structuurvorming en de eigenschappen van donkere materie te testen . CosmoCube, door te bewijzen dat een kleine, relatief goedkope satelliet deze meting vanuit een baan om de maan kan uitvoeren, zou een nieuw venster kunnen openen op het vroege heelal en een model kunnen vestigen voor toekomstige radioastronomie vanuit de ruimte .