Uma equipe internacional de cientistas, liderada pela Universidade de Cambridge, usará o lado oculto da Lua como um "escudo" para que o satélite – chamado CosmoCube – possa bloquear todo o ruído da Terra e captar um sussurro tênue do universo primordial. 

Esse sussurro, conhecido como a linha de 21 centímetros, é um sinal emitido por átomos de hidrogênio no período entre o brilho residual do Big Bang e o alvorecer cósmico, quando a fusão nuclear iluminou as primeiras estrelas. Ninguém jamais observou diretamente essa era. 

Detectar esse sinal de mais de 13,5 bilhões de anos atrás é extremamente difícil com telescópios terrestres, já que a ionosfera da Terra bloqueia as frequências corretas e a interferência de rádio FM, satélites e telecomunicações o mascara.

No entanto, a Lua oferece uma proteção natural. Conforme o CosmoCube orbita o lado oculto da Lua, ele ficará protegido de todo o ruído da Terra por aproximadamente 40 minutos a cada órbita de duas horas. Ao longo de uma missão prevista para dois anos, ele coletará 1000 horas de dados sobre um dos últimos períodos inexplorados do universo, ajudando-nos a entender como o universo passou de um estado escuro e quase vazio para a complexidade que vemos hoje. 

A missão recebeu financiamento da Agência Espacial do Reino Unido, e os pesquisadores esperam que o CosmoCube possa ser lançado nos próximos cinco anos. Os detalhes foram publicados na revista Nature Astronomy .

Além de explorar o universo no período anterior ao surgimento das primeiras estrelas, o CosmoCube também investigará o papel da matéria escura – a força misteriosa que mantém as galáxias unidas. 

“Essa emissão de hidrogênio após o Big Bang, mas antes das primeiras estrelas, nos permitirá, esperamos, entender o papel da matéria escura no universo primitivo, como ela atuou para atrair o hidrogênio e formar as primeiras estrelas e galáxias”, disse o autor principal, Professor Eloy de Lera Acedo, do Laboratório Cavendish de Cambridge.

Para estudar esse período, o CosmoCube operará em frequências extremamente baixas – entre 10 e 50 MHz – muito além do alcance dos telescópios terrestres, razão pela qual a Lua será usada como a "fortaleza da solidão" do CosmoCube. 

“Não existe outro lugar onde se possa obter o tipo de blindagem necessária para detectar um sinal tão fraco e, ao mesmo tempo, observar todo o espaço”, disse de Lera Acedo, que também é afiliado ao Instituto Kavli de Cosmologia. “O lado oculto da Lua é realmente a única opção: resolve vários problemas de uma só vez, abrindo uma janela clara para o universo primordial.”

Uma vez em órbita ao redor da Lua, o CosmoCube desdobrará uma antena de rádio longa e leve, sensível o suficiente para detectar o sinal de 21 centímetros dos átomos de hidrogênio no início do universo, quando o satélite estiver no lado oculto da Lua. 

Em órbita lunar, o CosmoCube verificará e corrigirá constantemente seus próprios componentes eletrônicos usando um calibrador comutado por Dicke, que alternará entre o céu e diversas fontes de referência internas. Isso ajudará a cancelar pequenas variações e ruídos internos do satélite que poderiam ser interpretados como sinais cósmicos.

Assim que os dados do CosmoCube retornarem à Terra, a equipe usará métodos estatísticos Bayesianos avançados para remover o ruído de primeiro plano — principalmente emissões de rádio da nossa própria galáxia. Eles também reconstruirão como a antena responde a diferentes partes do céu usando simulações computacionais e medições em voo, permitindo subtrair quaisquer distorções restantes. 

“Além da ciência, o que torna nossa missão única é seu tamanho: estamos explorando as partes mais antigas e profundas da Idade das Trevas, que outros não conseguem alcançar, mas com uma plataforma compacta e de custo relativamente baixo”, disse de Lera Acedo. 

No entanto, o lado oculto da Lua pode não permanecer silencioso por muito tempo: outras missões estão sendo planejadas pelos EUA, Índia e outros países para aproveitar o silêncio lunar. 

O CosmoCube apresenta um radiômetro miniaturizado de última geração totalmente integrado, utilizando o que há de mais moderno em tecnologia analógica e digital, os chamados Sistemas de Radiofrequência em Chip (RFSoCs). A plataforma espacial CosmoCube ('SSTL-21') está sendo desenvolvida no Reino Unido pela Surrey Space Technology Limited (SSTL), especializada na fabricação de pequenos satélites. O desenvolvimento do instrumento está bem encaminhado, com protótipos funcionais em laboratório e testes ambientais em andamento, além da importante colaboração com parceiros da indústria. No Reino Unido, os parceiros acadêmicos incluem a Universidade de Portsmouth e o STFC RAL Space, e há participação de países da UE, como Malta. A equipe do CosmoCube participou recentemente da Chamada de Ideias para missões mini-Fast da ESA, que visa um custo de missão inferior a 50 milhões de euros.

“O CosmoCube pretende realizar pesquisas científicas ambiciosas a partir de um satélite muito pequeno em um ambiente desafiador, e para isso são necessárias técnicas de projeto inteligentes”, disse o coautor Dr. Will Grainger, do STFC RAL Space. “Trabalhamos com os parceiros do projeto para desenvolver modelos representativos do satélite e de sua carga útil. Esses modelos foram testados em nossas instalações para garantir que o desempenho térmico permita que a carga útil opere e realize as medições sensíveis necessárias sob as diferentes condições de temperatura que enfrentará em órbita ao redor da Lua. No futuro, esperamos desenvolver ainda mais a carga útil completa em preparação para uma missão completa.”

“Esta pode ser uma verdadeira história de sucesso do Reino Unido: o hardware, o software, a implementação e a tecnologia estão todos sendo desenvolvidos aqui, e isso pode nos ajudar a responder a uma das questões mais profundas do universo”, disse de Lera Acedo. 

Este trabalho foi financiado em parte pela Agência Espacial do Reino Unido, pela Fundação Kavli e pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC), parte do UK Research and Innovation (UKRI). Eloy de Lera Acedo é membro do Selwyn College, Cambridge.