Hay una era en la historia del desarrollo del Universo sobre la cual los científicos todavía saben muy poco. como no es
Durante esta era no había estrellas ni planetas.La historia del Universo primitivo, que precedió a la Edad Media, puede deducirse de la radiación cósmica de fondo de microondas. Pero todavía no hay forma que permita a los astrofísicos observar lo que sucedió durante la era oscura. Aunque las ondas de radio de este período todavía existen en el espacio, la abundancia de interferencias de radio en la Tierra oscureció estas señales para los observadores de nuestro planeta.
Pero los investigadores no dejan de intentar encontrar una manera de escuchar las señales de la edad oscura. Para ello, la NASA planea construir el radiotelescopio LuSEE-Night en la cara oculta de la Luna.
¿Qué son las edades oscuras del universo?
La teoría cosmológica moderna describeel Universo temprano como un lugar con condiciones extremadamente extremas. Toda la energía y materia que existe en el Universo se concentró en un espacio diminuto, mil millones de veces más caliente que el centro del Sol.
Ya en los primeros momentos tras el Big BangEl universo se ha enfriado lo suficiente como para permitir la formación de las primeras partículas elementales, como los quarks y los electrones. Los quarks se combinaron para formar protones y neutrones, y poco después se formaron núcleos de deuterio, helio y litio. La energía viajó a través del universo naciente en forma de fotones, pero esta luz temprana rebotó en electrones libres, que aún no se habían unido a ningún átomo, en cada vuelta.
Al final de esta era, aproximadamente 380 mil añosaños después del Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente como para permitir que los protones comenzaran a atraer electrones y formar átomos neutros por primera vez. Este proceso se llama recombinación, que es un término químico general que describe la captura de electrones libres por iones cargados. Al comienzo de la Edad Media, tal captura ocurrió por primera vez.
Los astrofísicos saben cómo era el universo no hace mucho tiempoantes del comienzo de la edad oscura. Cuando se formaron los primeros átomos neutros, el proceso liberó fotones de luz que se dispersaron por todo el universo, creando una "instantánea" de las condiciones. Este fondo cósmico de microondas o radiación de fondo cósmico todavía se está registrando y muestra que en ese momento el Universo era más o menos uniforme en densidad, con ondas muy pequeñas.
Había poca luz antes de la formación de las primeras estrellas,Aparte de los átomos de hidrógeno, que constituían la mayor parte de la materia bariónica en ese momento, la mayor parte del Universo estaba formado por materia oscura, que no emite luz y no interactúa en absoluto con las ondas electromagnéticas. Los investigadores creen que los átomos de hidrógeno neutros que llenaban el Universo dispersaron o absorbieron la mayoría de los fotones ultravioleta emitidos por las primeras estrellas.
El universo se ha vuelto transparente a la radiación ultravioleta nuevamentedespués de la formación de un número suficiente de las primeras estrellas y galaxias, varios cientos de millones de años después del Big Bang. La materia se condensó y comenzó a formar estructuras que impregnan el Universo actual. Algunas de las primeras estrellas eran masivas y brillantes, su luz era lo suficientemente energética como para eliminar electrones de los átomos de hidrógeno circundantes en un proceso conocido como ionización. Y a diferencia de los átomos neutros, el hidrógeno ionizado no absorbe ni dispersa la luz.
Mapa de la evolución del universo. Imagen: Roen Kelly, Astronomía
¿Por qué el otro lado de la luna?
Para estudiar la distribución del hidrógeno neutro,que constituía la mayor parte de la materia bariónica durante la Edad Media, se puede utilizar el análisis de la línea de radio de hidrógeno neutro o la línea de 21 cm. Esta es una transición hiperfina de hidrógeno neutro, visible contra el fondo del CMB.
Con un cambio espontáneo en la orientación del campo magnético.momento de un electrón al contrario, un átomo de hidrógeno neutro emite un cuanto de radiación electromagnética con una longitud de onda de 21,1 cm. Esta radiación ocurre muy raramente, pero en la escala de una gran cantidad de átomos individuales es lo suficientemente potente como para hacerse visible.
Debido al corrimiento al rojo causado porCon la expansión del universo, la longitud de onda de la línea de hidrógeno neutro de los átomos de la Edad Media se incrementa aún más. Esta es una señal extremadamente débil que se pierde en muchas interferencias de radio.
La luna y la tierra están conectadas por mareas, lo que significaque un satélite natural gira alrededor de su eje a la misma velocidad que alrededor del planeta. Este fenómeno se llama atrapamiento de mareas y es por eso que la Luna siempre mira a la Tierra de un lado. El reverso del satélite está protegido de muchas fuentes de interferencias de radio durante la noche por su propia masa.
El otro lado de la luna está en completa oscuridad.durante 14 días terrestres seguidos de 14 días de sol intenso. Esto hace que la temperatura en su superficie fluctúe de -173 °C por la noche a +127 °C, y puede ocurrir un cambio brusco en unas pocas horas.
Estas condiciones crean condiciones muy difíciles paraoperación de naves espaciales. Los dispositivos que pueden sobrevivir varios ciclos de día y noche deben eliminar el calor en el vacío durante el día y no congelarse durante la noche, y al mismo tiempo trabajar en la oscuridad, cuando el sol no crea interferencias innecesarias.
¿Cómo funcionará LuSEE-Night?
LuSEE-Night es una misión de exploración de la NASAcuyo propósito es aterrizar un radiotelescopio en el lado oculto de la luna y realizar las mediciones más precisas del cielo en frecuencias por debajo de 0,1 a 50 MHz. Se espera que llegue a la Luna en 2025 y funcione durante 18 meses después del alunizaje.
El lugar de aterrizaje de la misión LuSEE-Night. Imagen: Laboratorio Nacional de Brookhaven
El telescopio será entregado a un punto con coordenadas 23°.48′ 50″ S y 176° 49′ 47″ ed. Este es un lugar de aterrizaje conveniente, ubicado cerca del antimeridiano, una línea que conecta los polos del satélite y que está de espaldas a la Tierra, donde las interferencias de radio del planeta son mínimas. Después del aterrizaje, el módulo de aterrizaje LuSEE-Night se apagará permanentemente para evitar causar interferencias.
El montaje de la antena del telescopio constará de cuatroAntenas desbalanceadas de 3 metros. Se montará en una plataforma motorizada llamada plataforma giratoria. Mover la antena ayudará a medir diferentes combinaciones de señales. Los datos recopilados de LuSEE-Night se transmitirán a un satélite repetidor que orbita la Luna y transmite datos a la Tierra.
LuSEE-Night no es un radiotelescopio estándar.Es más como una radio. Funcionará como una radio FM, recibiendo señales de radio en la misma banda de frecuencia. El espectrómetro está en el centro de todo. Al igual que un sintonizador de radio, puede aislar frecuencias de radio y convertir señales en espectros de radiación electromagnética.
Anje Slosar, física del Laboratorio Nacional de Brookhaven, una de las creadoras del telescopio LuSEE-Night
Cuatro antenas del telescopio LuSEE-Night. Imagen: Laboratorio Nacional de Brookhaven
Aunque los investigadores no están seguros de si el telescopio podráinmediatamente después de comenzar a trabajar, fije la señal de radio de la edad oscura. Señalan que es un pionero, lo que debería mostrar qué tipo de datos pueden obtener los investigadores, en principio, en el otro lado de la luna. Quizás los descubrimientos reales requieran nuevas misiones, pero el primer paso es siempre uno de los más difíciles.
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En la portada: el otro lado de la luna. Imagen: NASA, dominio público, vía Wikimedia Commons