Ayın uzak tarafında radyo dinlemek

Evrenin keşfedilmemiş bölgeleri vardır ve keşfedilmemiş zamanlar da vardır. Aslında evrenimizin tarihinde daha önce hiç görmediğimiz yaklaşık 400 milyon yıllık bir boşluk var: Karanlık Çağlar olarak bilinen yıldızlardan önceki bir dönem. Bu dönemi araştırmak için araştırmacılar, Dünya’dan ölçülemeyen belirli bir radyo sinyalini almak istiyorlar.

Bunu dinlemenin ilk adımı olarak bilinen bir yol bulma projesidir. Ay Yüzeyi Elektromanyetik Deneyi-Geceveya LuSEE-Gece. Deneyin 2025 yılında Ay’a gitmesi planlanıyor ve burada teknoloji zorlu Ay ortamında test edilecek.

Proje, NASA ile Enerji Bakanlığı arasında Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Berkeley Laboratuvarı), Brookhaven Ulusal Laboratuvarı (öncü DOE laboratuvarı), UC Berkeley ve Minnesota Üniversitesi’nden ortaklarla yapılan bir işbirliğidir. Berkeley Laboratuvarı ekibi, bu eski radyo dalgalarını ayarlamaya çalışacak deneyin antenini oluşturmaya başladı.

Berkeley Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Kaja Rotermund, “Ayın uzak tarafındaysanız, Karanlık Çağlardan gelen bu sinyali tespit etmeye çalışabileceğiniz el değmemiş, radyo sessiz bir ortamınız var demektir” dedi. anten üzerinde. “LuSEE-Night, daha önce hiç bulunmadığımız bir yerden ve aynı zamanda hiç gözlemleyemediğimiz bir frekans aralığında bu tür gözlemler yapıp yapamayacağımızı gösteren bir görevdir.”

Karanlık Çağların sinyali Dünya’dan ölçülemez çünkü atmosferimiz radyo sinyalini yerdeki cihazlara ulaşmadan emer, kırar ve yansıtır. Yapabilseydi bile, radyo sinyali kendi elektronik ve iletişim cihazlarımızdan gelen gürültü nedeniyle bastırılırdı.

Ay, Dünya’dan gelen radyo dalgalarını engelleyen bir kalkan görevi görüyor. Deney, yalnızca iki haftalık ay gecesi boyunca veri toplayarak güneşten gelen radyo dalgalarını da engelleyebilir. Ancak bu izole nokta aynı zamanda zorlukları da beraberinde getiriyor. LuSEE-Night’ın -280 Fahrenheit derece civarındaki sıcaklıklarda çalışması, ardından pillerini yeniden şarj edeceği ay günü boyunca 250 Fahrenheit dereceye kadar aşırı bir salınımı atlatması gerekiyor.

Ayın uzak tarafı asla Dünya’ya bakmadığı için deneyle doğrudan iletişim kurmak imkansızdır. LuSEE-Night, tüm verilerini yukarıdan geçen bir aktarma uydusu aracılığıyla göndermek zorunda kalacak.

Berkeley Laboratuvarı anten projesine liderlik eden Aritoki Suzuki, “Bilimsel bir aleti ayın uzak tarafına indirme mühendisliği tek başına büyük bir başarıdır” dedi. “Bunun mümkün olduğunu, oraya gidebileceğimizi, konuşlandırılabileceğimizi ve gece hayatta kalabileceğimizi gösterebilirsek, bu, topluluğa ve gelecekteki deneylere alan açabilir.”

Karanlık çağlara doğru sallanıyor

Büyük patlamadan sonra evren, başıboş dolaşan parçacıklardan oluşan sıcak, opak bir plazmayla doldu. Yaklaşık 400.000 yıl sonra plazma, protonların ve elektronların hidrojene dönüşmesine yetecek kadar soğudu ve ışığın evrende dolaşmasını sağladı. Kozmik mikrodalga arka planı veya CMB olarak bilinen bu ışık teleskoplarımıza ulaştı ve bize evrenimizin bebeklik bir resmini verdi. Bundan sonra, Karanlık Çağlar boyunca, kozmik şafakta ilk yıldızlar ve galaksiler oluşmaya başlayana kadar yaklaşık 400 milyon yıl boyunca hidrojen gazı egemen oldu.

Suzuki, “CMB ile evrenin erken dönemlerinin anlık görüntüsüne sahibiz. Ayrıca yıldızlar doğduğunda daha yeni evrenden görüntülere de sahibiz” dedi. “Karanlık Çağlar dönemini incelemek istiyoruz çünkü bu, erken evrenin bugün gördüğümüz evrene nasıl evrildiğini gösteriyor.”

Araştırmacılar, hidrojenin CMB’den gelen enerjinin bir kısmını belirli bir frekansta absorbe etmesini bekliyor. Evren genişledikçe frekans düştü ve artık radyo dalgaları olarak algılanabiliyor. LuSEE-Night, 0,5 ila 50 megahertz arasındaki frekansları dinleyecek, ancak zayıf sinyali bulmak için gelecekte daha hassas deneylere ihtiyaç duyulması muhtemel.

Rotermund, “Potansiyel olarak Karanlık Çağ sinyali olan bu çok küçük düşüşü arıyoruz” dedi. “Genel evrenle karşılaştırıldığında çok farklı büyüyen yıldızlardan ve diğer nesnelerden etkilenmeyecek şekilde bu zaman diliminde yönetilen kozmoloji hakkında çok şey öğrenebiliriz.”

Laboratuvardan aya

Radyo dalgalarını toplamak için LuSEE-Night, uçtan uca altı metrelik iki çift anten kullanacak; ancak tüm deneyin, kenarları bir metre olan bir küp içinde aya gitmesi gerekiyor. LuSEE-Night yere indiğinde, yay yüklü “stacer” antenleri yerine açılacak.

Berkeley Laboratuvarı araştırmacıları, ay yolculuğu için anten sistemini oluşturmak amacıyla simülasyonlar ve modellerle başladı ve ardından inşa ve test etmeye yöneldi.

Ekip, boyu 3 metreden 30 santimetreye düşürülen bir antenin ölçekli modeliyle Berkeley Laboratuvarı’nın binalarından birinin çatısına yöneldi. Geniş açık alan boyunca antene sinyal göndermek için bir verici kullandılar.

Rotermund, “Aldığımız bilgiye güvenebilmemiz ve Karanlık Çağ sinyalini görme şansı en yüksek olacak şekilde ayarlayabilmemiz için antenlerimizi karakterize etmek önemlidir” dedi. Ekip en iyi tasarımı buldu, antenlerin ışın desenlerinin nasıl görüneceğini simüle etti ve elektronikleri, ne kadar güçlü bir sinyal aldıklarını anlayabilmeleri için kalibre etti.

Berkeley Laboratuvar ekibi ayrıca antenleri periyodik olarak döndürecek bir döner tabla da inşa ediyor. Araştırmacılar Karanlık Çağ sinyalinin her yönde aynı olmasını beklediğinden, dönüşten sonra değişen herhangi bir sinyal esasen verilerden filtrelenebilir. Buna diğer gezegenlerden veya galaksilerden gelen radyo gürültüsü ve hatta deneyin altındaki kayalık yüzeyin (“ay regoliti”) neden olduğu değişiklikler de dahildir.

Yaz aylarında yapılan başarılı bir teknik incelemenin ardından ekip şu anda UC Berkeley’in Uzay Bilimleri Laboratuvarı ile birlikte çalışıyor ve aya gidecek uçuş modelini inşa ediyor. Nihai anten alt sistemini Ocak 2024’e kadar teslim edecekler ve burada LuSEE-Night’ın diğer bileşenleriyle entegre edilecek – gece boyunca onu ayakta tutan 110 kiloluk (50 kg) pil dahil. Deney, Firefly Aerospace tarafından gerçekleştirilen gelecekteki Ticari Ay Yükü Hizmetleri (CLPS) uçuşuyla aya gidecek ve 18 ay boyunca veri toplayacak.