Teleskop za tamno doba svemira mogao bi otkriti najstarije tajne kozmosa

Na dalekoj strani Mjeseca, daleko od smetnji sa Zemlje, znanstvenici planiraju izgraditi teleskop za tamno doba svemira — revolucionarni instrument koji bi mogao zaviriti u razdoblje kozmosa o kojem danas znamo najmanje.

Riječ je o Dark Ages Exploreru (DEX), radio-interferometru osmišljenom kako bi promatrao ultraduge valne duljine i istražio faze razvoja svemira poznate kao Kozmičko tamno doba i Kozmička zora.

Ideju o DEX-u predstavio je međunarodni tim astrofizičara predvođen inženjerom Christiaanom Brinkerinkom sa sveučilišta Radboud u Nizozemskoj. U projektu sudjeluju istraživači iz ASTRON-a, sveučilišta u Leidenu, Delftu, Cambridgeu i drugih institucija, uključujući i Europsku svemirsku agenciju. Njihov prijedlog objavljen je kao rad na otvorenom serveru arXiv, a potencijalno bi mogao otvoriti novu eru astronomije.

Što se dogodilo prije nego su nastale prve zvijezde

Prema trenutačnim modelima, svemir je nakon Velikog praska prošao kroz razdoblje koje se naziva Kozmičko tamno doba. U tom vremenu, otprilike 380.000 do milijardu godina nakon Velikog praska, svemir je bio ispunjen neutralnim vodikom. Nije bilo zvijezda ni galaksija, a jedini tragovi svjetlosti dolazili su od procesa rekombinacije i kasnije od reionizacije vodika ultraljubičastim zračenjem prvih zvijezda.

Astronomi ovaj signal traže putem tzv. vodikove linije — radijskog zračenja valne duljine 21 cm, koje se zbog širenja svemira danas može detektirati isključivo u ultra niskim frekvencijama. No, kako bi se takva promatranja provela, potrebna je lokacija bez elektromagnetskih smetnji — upravo ono što pruža suprotna strana Mjeseca.

DEX bi omogućio stvaranje “filma” o evoluciji svemira tako što bi mjerio promjene u spektralnim i prostornim značajkama vodikova signala kroz različite crvene pomake — od z=50 (tamno doba) do z=14 (kozmička zora). Time bi se dobio uvid u procese stvaranja struktura u svemiru, uključujući prve galaksije i sjeme supermasivnih crnih rupa.

Izazovi postavljanja teleskopa na Mjesec

Iako je daleka strana Mjeseca idealna za radioastronomiju, njezino iskorištavanje nosi tehničke izazove. ESA je već 2020. okupila tim stručnjaka (ALO TT) kako bi istražila mogućnosti gradnje lunarnog opservatorija. U suradnji s nizozemskim timom, 2021. provedena je detaljna studija izvedivosti putem ESA-inog projekta CDF. Pokazalo se da bi postavljanje malog niza antena bilo moguće s postojećom tehnologijom, no za znanstvene ciljeve DEX-a potreban je znatno veći sustav — barem 32×32 antene raspoređene na površini od oko 200 x 200 metara.

Najpogodnije mjesto za takav opservatorij moglo bi biti ravno dno nekog mladog lunarnog kratera, s manjim brojem prepreka u obliku stijena i udarnih kratera. Dodatna prednost bila bi blizina južnog polarnog područja, koje će redovito posjećivati NASA-in Artemis program, a također će biti u dometu buduće svemirske postaje Lunar Gateway, što omogućuje komunikaciju sa Zemljom.

No, temperaturne oscilacije u lunarnim polarnim regijama dodatno kompliciraju stvari. Sustavi za napajanje, niskošumni pojačivači signala i same antene moraju biti otporni na ekstremne uvjete — od +54°C do -203°C. Inženjeri razmatraju upotrebu sklopivih ili napuhujućih antena izrađenih od laganih materijala, koje bi se mogle razmotati na Mjesecu uz minimalnu potrošnju mase i energije.

Dugoročna znanstvena i tehnološka korist

Iako je DEX još uvijek u fazi planiranja, projekt već pokazuje potencijal za razvoj tehnologija koje bi mogle imati širu primjenu. Lagani sustavi antena mogli bi se koristiti u komunikacijskim sustavima malih satelita, a otporniji radijski prijamnici primijeniti u ekstremnim okruženjima na Zemlji.

Znanstveno gledano, teleskop za tamno doba svemira omogućio bi tzv. tomografiju ranog svemira — metodu kojom bi se mapirala struktura tamne tvari i ranih galaktičkih jezgri. Time bi se mogli razjasniti mehanizmi rasta prvih galaksija i uloga povratnih procesa iz masivnih crnih rupa u razvoju svemira.

Brinkerink i njegov tim svjesni su da je potpuna realizacija ovakvog projekta tehnički i financijski zahtjevna. No isto tako naglašavaju da je sadašnji rad samo prvi korak prema eksperimentu koji bi u sljedećih deset ili dvadeset godina mogao donijeti odgovore na neka od najdubljih pitanja o porijeklu svemira.