Un nuovo esperimento sulla faccia nascosta della Luna cercherà di catturare il debole segnale radio emesso nelle prime fasi di vita dell’Universo.
Si può ascoltare la radio dalla Luna? Probabilmente sì, ma non riusciremmo a capire nulla. Potremmo forse captare i segnali emessi dalle stazioni radio sulla Terra, ma sarebbe davvero difficile distinguerli fra loro, e sentiremmo un brusio confuso e incomprensibile. Ma sulla faccia opposta della Luna la situazione sarebbe decisamente più tranquilla e potremmo persino ascoltare i segnali radio più deboli che ci arrivano dall’Universo. E’ questo lo scopo del Lunar Surface Electromagnetics Experiment-Night (LuSEE-Night), un nuovo esperimento sulla faccia nascosta della Luna che ascolterà i deboli segnale radio dell’Universo primordiale.
un esperimento che ci aiuterà a sentire i debolissimi segnali radio prodotti durante le prime fasi di vita dell’Universo. In particolare, LuSEE Night si concentrerà su quella che gli astronomi chiamano Era Oscura, ovvero il periodo precedente alla nascita delle prime stelle. Frutto di una collaborazione fra NASA, Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DoE) e diversi Istituti di ricerca, LuSEE dovrebbe arrivare sul nostro satellite nei prossimi anni, e aiutarci a capire uno dei periodi più misteriosi nella storia dell’Universo.
Dalla luce alle tenebre
Secondo gli attuali modelli cosmologici, l’Era Oscura è iniziata circa 400 mila anni fa, successivamente al disaccoppiamento fra radiazione e materia. Sappiamo infatti che dopo il Big Bang l’Universo ha iniziato a espandersi e a raffreddarsi progressivamente. Per migliaia di anni il cosmo è stato una miscela ad altissima temperatura formata da luce e materia. La radiazione ionizzava la materia che, dopo un breve lasso di tempo riemetteva altra radiazione, che andava a ionizzare altri atomi, principalmente di idrogeno.
Questa fase continuò fino a circa 380 mila anni dopo il Big Bang, quando le temperature scesero al di sotto di 3000 gradi Kelvin (circa 2726 °C). A quelle temperature, la radiazione non aveva più energia sufficiente a ionizzare gli atomi, pertanto la materia diventò trasparente. In altre parole, la radiazione si disaccoppiò dalla materia iniziando a propagarsi liberamente nello spazio. Quei segnali luminosi emessi durante il disaccoppiamento sono all’origine di quella che oggi possiamo captare come radiazione cosmica di fondo. Da allora l’espansione dell’Universo ha continuato a “stirare” la lunghezza d’onda di quella radiazione fossile, che oggi è visibile nel dominio delle microonde.
I misteri dell’Era Oscura
Dopo il disaccoppiamento fra luce e materia l’Universo è piombato nelle tenebre. Per quasi 400 milioni di anni lo spazio è infatti rimasto dominato dal gas, principalmente idrogeno. E’ quella che gli astronomi chiamano Era Oscura, un nome che sembra adatto più a un romanzo fantasy che a un trattato di cosmologia. Eppure il nome rende perfettamente l’idea. In quella lontana epoca infatti la materia non esisteva come la conosciamo oggi, non c’erano pianeti, galassie, e nemmeno stelle a illuminare lo spazio circostante.
Lentamente, il gas ha iniziato a formare delle nebulose, che condensandosi via via hanno dato origine alle prime stelle che hanno riportato la luce nell’Universo. Per vedere apparire le prime stelle nel cosmo ci sono voluti circa 400 milioni di anni, un periodo lunghissimo che ci da un assaggio delle tempistiche in gioco quando parliamo della vita del cosmo.
L’Era Oscura è di particolare interesse per i cosmologi, perchè si colloca fra l’Universo primordiale e quello che possiamo osservare oggi. “Con la radiazione cosmica di fondo abbiamo un’istantanea dell’Universo primordiale, e abbiamo anche immagini dell’Universo più recente, dopo che le stelle sono nate”, commenta Aritoki Suzuki, che coordina il team di LuSEE-Night presso i laboratori nazionali di Berkeley, “vogliamo studiare l’Era Oscura perché connette come si è evoluto l’universo primordiale in quello che vediamo oggi.
Gli scienziati pensano che l’idrogeno presente nell’Era Oscura abbia assorbito parte della radiazione cosmica di fondo e l’abbia riemessa successivamente. Con l’espansione dell’Universo, anche questa radiazione si è spostata verso lunghezze d’onda maggiori e oggi sarebbe osservabile nella finestra delle onde radio. Per questo motivo questo nuovo esperimento sulla faccia nascosta della Luna è progettato per captare segnali compresi fra 0,5 e 50 MegaHertz.
Perchè la faccia nascosta della Luna?
Il segnale che gli scienziati sperano di osservare è estremamente debole e serve un ambiente con un rumore di fondo estremamente basso. Inoltre l’atmosfera terrestre assorbe o riflette gran parte dei segnali radio che sono quindi inaccessibili dal suolo. Il nostro satellite naturale è invece un ambiente ideale per questo tipo di ricezione.
A causa della rotazione sincrona, la Luna rivolge a noi sempre la stessa faccia, mantenendo la parte opposta sempre rivolta verso lo spazio profondo. Di conseguenza, la faccia nascosta della Luna è sempre completamente schermata da ogni trasmissione radio proveniente dalla Terra. Inoltre per circa due settimane sul lato opposto della Luna è notte, e pertanto l’esperimento è anche schermato dalla radiazione solare, e può quindi operare in un ambiente con un rumore di fondo estremamente basso.
Si tratta però di un ambiente particolarmente ostile, che costituisce una notevole sfida per l’esperimento. Durante la notte lunare le temperature scendono a oltre 170 gradi sotto lo zero, una temperatura glaciale a cui l’esperimento deve poter operare senza problemi. Quando la superficie è illuminata la situazione è inversa, perché se da un lato l’esperimento può caricare le batterie tramite i suoi pannelli solari, tutto l’apparato è sottoposto a temperature che possono superare i 120 gradi.
Inoltre, trovandosi sul lato nascosto della Luna, oltre a non ricevere segnali radio è praticamente impossibile comunicare con il nostro pianeta. L’unico modo è affidarsi a un satellite in orbita intorno alla Luna che raccoglie i segnali dall’esperimento e li invia a Terra quando si trova sul lato della Luna rivolto a noi.
Prove di ricezione
I ricercatori stanno sviluppando le diverse parti dello strumento, con l’obiettivo di partire per la Luna nei prossimi anni. Si prevede che l’esperimento sarà dotato di due coppie di antenne da 3 metri di lunghezza, che dovranno essere dispiegate una volta raggiunta la superficie lunare. Si stima infatti che il trasporto dello strumento avverrà su un satellite commerciale delle dimensioni di circa un metro. Attualmente i ricercatori stanno lavorando su un modello in scala con antenne lunghe 30 centimetri, in modo da poterne studiare con cura le caratteristiche.
Poter caratterizzare con cura le antenne è fondamentale per poter essere sicuri che il segnale prodotto dall’esperimento non sia dovuto a sorgenti spurie di rumore. Inoltre, il sistema di ricezione dovrà ruotare periodicamente in modo da poter catturare segnali provenienti da ogni parte del cielo.
Secondo i piani l’esperimento dovrebbe poter essere lanciato dal programma NASA Commercial Lunar Payload Service fra la fine del 2025 e l’inizio del 2026. Fra non molto quindi potremmo avere questo esperimento sulla faccia nascosta della luna che ascolterà i deboli segnali dalle prime fasi di vita dell’Universo.