Así será el primer telescopio lunar para estudiar el universo primigenio: "Es como escuchar susurros mientras pasa un tren"

Las primeras edades del universo siguen siendo una incógnita fascinante. Ecos de esos primeros años de formación llegan en forma de ondas de radio, un susurro muy difícil de captar, pero que está a punto de escucharse con el primer radiotelescopio lunar, el LuSEE-Night, que se está terminando de construir de cara a su lanzamiento el próximo año.

Desde la cara oculta de la Luna, protegido de la mayoría de interferencias que genera la Tierra, este instrumento pretende ser pionero en la escucha de señales de radio de la Edad Oscura del universo, esa etapa previa a la formación de estrellas como el Sol que permite la vida en este planeta.

El plan puede parecer sencillo, pero integra numerosos retos, las condiciones de esa región lunar no son nada hospitalarias, mucho menos para misiones a largo plazo. El instrumento debe sobrevivir a temperaturas extremas, largos periodos sin energía solar, por no hablar del viaje inicial hasta la superficie lunar, que otras misiones no han superado.

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El lanzamiento de LuSEE-Night (Experimento Nocturno de Electromagnetismo de la Superficie Lunar) está previsto para 2026; la fecha exacta la determinarán Firefly Aerospace y la NASA. La nave espacial Blue Ghost 2 de Firefly entregará la carga útil como parte de la iniciativa de Servicios Comerciales de Carga Lunar de la NASA. De momento, se ha completado la fase principal de construcción del radiotelescopio, ahora se encuentra en la fase final de ensamblaje.

Aislado de interferencias

“Poder escuchar esas débiles, tenues señales del universo primitivo [desde la Tierra], sería como intentar escuchar una conversación en susurros mientras pasa un tren de carga”, dijo el científico del instrumento del Proyecto LuSEE-Night, Paul O'Connor, un científico senior en Brookhaven. Para poder escuchar mejor, el equipo ha decidido ir al punto más aislado y recóndito que conocen, la cara oculta de la Luna.

Esta región de la Luna supone una gran ventaja para esta misión. Como posiblemente ya sepa el lector, se la conoce como la "cara oculta" de la Luna porque no se puede ver desde la Tierra debido a la rotación del satélite alrededor de este planeta. La masa de la Luna ejerce de barrera contra las ondas de radio procedentes de la Tierra, creando un refugio silencioso ideal para este proyecto espacial que pretende captar las ondas del universo primigenio.

Construcción del radiotelescopio BNL (Laboratorio Nacional Brookhaven ) Omicrono

No obstante, también implica un importante desafío por sus duras condiciones. La mayoría de las misiones que operan desde esta parte del satélite no superan el día lunar, que dura unos 14 días terrestres. A esto hay que sumarle la falta de atmósfera, por lo que la Luna no protege de la radiación cósmica a sus huéspedes.

Después de los 14 días de luz solar continua, las máquinas enviadas por los humanos se enfrentan a otros 14 días de total oscuridad sin que las placas solares que integran puedan cargar sus baterías. A este largo periodo de oscuridad le acompañan temperaturas extremas, la cara oculta de la Luna puede llegar a los 184 grados Celsius bajo 0 durante la noche, y a 214 grados Celsius durante el día.

Diseño del LuSEE-Night BNL Omicrono

Para sobrevivir a los bruscos cambios de temperatura, el equipo integra tubos de calor y radiadores para disipar el exceso de energía, junto a interruptores térmicos que funcionan como termostatos. Desde el control en Tierra es posible apagar el espectrómetros para ahorrar energía, una medida de supervivencia que supone arriesgarse a perder señales.

“Por la noche, tenemos que encender los aparatos para mantenerlos calientes”, dijo Connie-Rose Deane, ingeniera mecánica del Laboratorio Brookhaven. “Tenemos que ser muy constantes con cómo los calentamos, cuándo los calentamos y cuánta energía necesitamos para calentar los componentes electrónicos internos y mantenerlos a una temperatura segura”.

Ligero y resistente

En estas condiciones, el radiotelescopio detectará las ondas de radio que persisten de la Edad Oscura del universo. Se calcula que este periodo comenzó hace 380.00 años después del Big Bang, pero antes de que se formaran las primeras estrellas y galaxias. Una etapa aún desconocida para la comunidad científica, pues desde la Tierra no se ha podido escuchar nunca.

"Normalmente, construimos esta electrónica a una escala mucho mayor para grandes experimentos terrestres como el Gran Colisionador de Hadrones, el Experimento de Neutrinos de las Profundidades Subterráneas y el Observatorio Rubin. Pero aquí, hemos tomado una parte de esa electrónica de vanguardia y la hemos incorporado al espectrómetro del telescopio lunar”, ha explicado Sven Herrmann, gerente del proyecto de construcción de LuSEE-Night.

Este nuevo telescopio pesa solo 128 kilogramos, siendo casi la mitad de esta masa culpa de la batería de alta resistencia de 50 kilogramos que tiene que ayudarle a resistir la larga noche lunar. Este límite de peso es clave para poder lanzar el telescopio en un módulo de aterrizaje, su transporte hasta la superficie oculta de la Luna.

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Encajar todas las piezas necesarias sin sobrepasar ese límite de masa ha sido un desafío, pero mayor ha sido conseguir la gestión del consumo de energía. “Podemos medir fácilmente la masa del telescopio, pero no podemos medir el calor que perderá durante la noche lunar en el laboratorio”, ha explicado Herrmann. “Podemos modelar esta pérdida de calor, pero no contamos con una misión histórica que nos permita obtener información directa. Otras misiones lunares que operaron durante la noche lunar utilizaron baterías nucleares o funcionaron de forma muy diferente”, añade.

Dentro de su diseño, la pieza más importante es el radioespectómetro, instrumento fundamental para estudiar el universo primitivo. El espectrómetro convierte las señales de radio sin procesar captadas por las antenas del telescopio en espectros para análisis científico.

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“El espectrómetro puede calibrarse, ajustarse automáticamente según la ganancia y filtrar sus propias interferencias de radio. Es un instrumento altamente programable”, afirmó Anže Slosar, portavoz de la colaboración científica LuSEE-Night y físico del Laboratorio Brookhaven.

Este espectrómetro puede escuchar la banda de radio completa del universo primitivo el 100% del tiempo, es como escuchar todas las estaciones de radio simultáneamente. Otros instrumentos similares no pueden escuchar y procesar continuamente, y solo capturan alrededor del 1 % de la información disponible.

Esto se consigue con cuatro antenas monopolares dispuestas en cruz y montadas sobre una plataforma giratoria. Medirá la radiación del cielo en radio de 0,1 a 50 MHz durante las noches lunares. Los responsables recuerdan que a esas temperaturas extremas, la tecnología actual no funciona.