Aproximadamente 370 000 años tras el Big Bang el Universo se hizo transparente. Este fenómeno, conocido como recombinación, creó el fondo cósmico de microondas. La luz ya podía viajar por el Universo libremente, pero no había estrellas que emitiesen en el espectro visible. Por este motivo, el periodo de tiempo que va desde la recombinación al nacimiento de las primeras estrellas se denomina la ‘era oscura’ (dark ages). Aunque parezca un capítulo aburrido de la historia del Universo, en realidad es fundamental. En esa época aparecieron las semillas, literalmente, de lo que luego serían las galaxias actuales. La única forma que tenemos de estudiar la era o edad oscura es a través de la línea de 21 centímetros del hidrógeno neutro. El problema es que, debido a la expansión del Universo, esa longitud de onda de 21 centímetros que se emitió en la era oscura se ha ‘estirado’ hasta alcanzar los 6,5 metros, aproximadamente. Esta longitud de onda es fácilmente observable en radio… si no fuera por la enorme cantidad de interferencias de origen artificial que existen en este rango del espectro.

Es difícil encontrar un lugar que esté completamente libre de estas interferencias de origen humano, pero hay uno completamente silencioso: la cara oculta de la Luna (de hecho, es tan silencioso en radio que también sirve para bloquear, temporalmente, las emisiones naturales de otros astros que emiten en radio como el Sol o Júpiter). Actualmente la sonda china Chang’e 4 está estudiando esta parte del espectro en la cara oculta de la Luna. Sin embargo lo ideal sería tener un satélite dedicado a esta tarea exclusivamente. En las últimas décadas han surgido muchas propuestas de observatorios de este tipo, pero la última es DAPPER (Dark Ages Polarimeter PathfindER). Aunque es preferible poner un observatorio en la superficie lunar, lo más barato es colocar un satélite en una órbita que, lógicamente, pasaría sobre la cara oculta en cada revolución. Si ajustamos la órbita adecuadamente, es posible maximizar el periodo de permanencia dentro del cono de sombra de radio de la Luna.

DAPPER es un esfuerzo conjunto entre las universidades de Colorado-Boulder y California-Berkeley, el NRAO (National Radio Astronomy Observatory), el centro Ames de la NASA y la empresa Bradford Space Inc. El satélite estará construido usando el bus Xplorer y se colocará en una órbita ecuatorial alrededor de la Luna de 50 x 125 kilómetros. DAPPER tendría 80 centímetros de longitud y dispondría de varios propulsores para mantener su orientación y un motor principal de 22 newton de empuje. El satélite se comunicaría con la Tierra durante su paso por la cara visible o emplearía a la estación Gateway como repetidor. Dispondría de dos antenas ortogonales de tipo dipolo para observar en el rango de frecuencias de 17 a 38 MHz (el correspondiente a la longitud de 21 centímetros en la actualidad para un corrimiento al rojo de entre 83 y 36. Si es aprobada, la misión despegaría como una carga secundaria en 2024 y la misión primaria duraría dos años. Durante los 26,4 meses que debe durar esta misión acumularía un total de 4615 horas de observación en radio mientras sobrevuela la cara oculta.

El objetivo de la misión es comprobar que las observaciones de la época oscura del Universo coinciden con las esperadas según el modelo cosmológico estándar de materia y energía oscuras. En caso contrario, estaríamos ante el Santo Grial de la cosmología, es decir, la existencia de ‘nueva física’ (una forma de decir que los físicos actuales se aburren porque el modelo estándar es demasiado exitoso y preferirían que fuese erróneo para poder jugar con nuevos modelos exóticos). Entre otros de sus objetivos secundarios, DAPPER también debe ayudar a determinar cuándo se formaron las primeras estrellas y los primeros agujeros negros estelares. Si DAPPER tiene éxito, el siguiente objetivo es establecer un observatorio en la cara oculta de la Luna. China tiene sus propios proyectos, pero la NASA confía en sacar en adelante algo como la propuesta FARSIDE (Farside Array for Radio Science Investigations of the Dark ages and Exoplanets), un conjunto de 128 antenas situadas en la cara oculta que observarían continuamente el cielo en el rango de frecuencias de 100 kHz a 40 MHz. FARSIDE es un proyecto muy más ambicioso, pero antes de que pueda ser una realidad es necesario lanzar observatorios más modestos como DAPPER que permitan dejar claro hasta qué punto es factible estudiar la época oscura del Universo desde la órbita lunar. Teniendo en cuenta la sencillez de esta propuesta, es difícil imaginar que no salga adelante en los próximos años.

Referencias:

• https://www.colorado.edu/project/dark-ages-polarimeter-pathfinder/
• https://smd-prod.s3.amazonaws.com/science-red/s3fs-public/atoms/files/FARSIDE_FinalRpt-2019-Nov8.pdf