De Britse satelliet CosmoCube is ontworpen om de 'kosmische donkere eeuwen' te bestuderen, de periode van ongeveer 150 miljoen jaar voordat de eerste sterren in het universum verschenen. Door in een baan om de achterzijde van de maan te draaien, kan de satelliet signalen van de 21-centimeterlijn (waterstofatomen) opvangen terwijl de maan fungeert als schild tegen radio-interferentie vanaf de aarde.
Naast het bestuderen van de vroege evolutie van het universum, richt de missie zich op de rol van donkere materie bij de vorming van de eerste sterren en sterrenstelsels. De satelliet werkt op extreem lage frequenties (10-50 MHz) en maakt gebruik van geavanceerde RF-Systems-on-Chip (RFSoCs) technologie. De missie wordt geleid door de Universiteit van Cambridge in samenwerking met partners zoals SSTL en STFC RAL Space, met een beoogde lancering binnen vijf jaar.
Kleine satelliet gebruikt de achterzijde van de maan om te luisteren naar fluisteringen uit het vroege universum
Een internationaal team van wetenschappers, onder leiding van de Universiteit van Cambridge, zal de achterzijde van de maan gebruiken als 'schild'. Hierdoor kan de satelliet – genaamd CosmoCube – alle ruis van de aarde blokkeren en luisteren naar een zwakke fluistering uit het zeer vroege universum.
Deze fluistering, bekend als de 21-centimeterlijn, is een signaal dat wordt uitgezonden door waterstofatomen in de periode tussen de nagloed van de oerknal en de 'Cosmic Dawn', het moment waarop kernfusie de eerste sterren deed oplichten. Niemand heeft dit tijdperk tot nu toe rechtstreeks kunnen waarnemen.
De maan als natuurlijk schild
Het detecteren van dit signaal van meer dan 13,5 miljard jaar geleden is uiterst moeilijk met telescopen op aarde. De ionosfeer van de aarde blokkeert namelijk de juiste frequenties, en interferentie van FM-radio, satellieten en telecommunicatie overstemt het signaal.
De maan biedt echter een natuurlijk schild. Terwijl CosmoCube in een baan om de verre zijde van de maan draait, is hij gedurende ongeveer 40 minuten van elke baan van twee uur afgeschermd van alle ruis van de aarde. Gedurende de verwachte missie van twee jaar zal de satelliet 1000 uur aan data verzamelen over een van de laatste onontdekte perioden van het universum. Dit helpt ons te begrijpen hoe het universum overging van een donkere en bijna lege staat naar de complexiteit die we vandaag de dag zien.
De missie is gefinancierd door de UK Space Agency en de onderzoekers hopen dat CosmoCube binnen de komende vijf jaar kan worden gelanceerd. De details zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy.
Onderzoek naar donkere materie
Naast het verkennen van het universum in de periode vóór de eerste sterren, zal CosmoCube ook het effect van donkere materie onderzoeken – de mysterieuze kracht die sterrenstelsels bij elkaar houdt.
"Deze emissie van waterstof na de oerknal, maar vóór de eerste sterren, zal ons hopelijk in staat stellen om de rol van donkere materie in het vroege universum te begrijpen, en hoe dit hielp om waterstof samen te trekken tot de eerste sterren en sterrenstelsels," aldus hoofdauteur professor Eloy de Lera Acedo van het Cavendish Laboratory in Cambridge.
Om deze periode te bestuderen, zal CosmoCube werken op extreem lage frequenties – tussen 10 en 50 MHz. Dit ligt ver buiten het bereik van telescopen op de grond, wat de reden is waarom de maan als 'fort van eenzaamheid' voor CosmoCube zal dienen.
"Er is geen andere plek waar je het soort afscherming kunt krijgen dat nodig is om zo'n zwak signaal te detecteren, terwijl je tegelijkertijd naar de gehele ruimte kijkt," zegt de Lera Acedo, die ook verbonden is aan het Kavli Institute for Cosmology. "De achterzijde van de maan is werkelijk de enige optie: het lost meerdere problemen tegelijk op en opent een helder venster naar het zeer vroege universum."
Technische uitvoering en dataverwerking
Zodra CosmoCube in een baan om de maan is, zal hij een lange en lichtgewicht radioantenne uitvouwen. Deze is gevoelig genoeg om het 21-centimeter-signaal van waterstofatomen uit het vroege universum te detecteren wanneer de satelliet zich aan de verre zijde van de maan bevindt.
Tijdens de baan om de maan zal CosmoCube constant zijn eigen elektronica controleren en corrigeren met behulp van een 'Dicke-switched' kalibrator. Deze schakelt tussen de lucht en verschillende ingebouwde referentiebronnen, wat helpt om kleine afwijkingen en ruis binnen de satelliet te elimineren die anders als kosmische signalen zouden kunnen worden aangezien.
Zodra de gegevens van CosmoCube terug op aarde zijn, zal het team geavanceerde Bayesiaanse statistische methoden gebruiken om voorgrondruis te verwijderen — voornamelijk radio-emissies van ons eigen sterrenstelsel. Ze zullen ook reconstrueren hoe de antenne reageert op verschillende delen van de lucht met behulp van computersimulaties en metingen tijdens de vlucht, waardoor resterende vervormingen kunnen worden weggefilterd.
"Naast de wetenschap is het de omvang die onze missie uniek maakt: we onderzoeken de vroegste, diepste delen van de donkere eeuwen waar anderen niet bij kunnen, maar met een compact platform dat relatief goedkoop is," aldus de Lera Acedo.
Ontwikkeling en samenwerkingen
CosmoCube is uitgerust met een geavanceerde, volledig geïntegreerde miniatuur-radiometer die gebruikmaakt van de nieuwste analoge en digitale technologie, de zogenaamde RF-Systems-on-Chip (RFSoCs). Het ruimteplatform van CosmoCube ('SSTL-21') wordt in het Verenigd Koninkrijk ontwikkeld door Surrey Space Technology Limited (SSTL), een specialist in de productie van kleine satellieten. De ontwikkeling van de instrumenten is in volle gang, waarbij functionerende laboratoriumprototypes worden getest en er nauwe samenwerking is met industriële partners.
In het Verenigd Koninkrijk maken ook de University of Portsmouth en STFC RAL Space deel uit van de academische partners, samen met participatie uit EU-landen zoals Malta. Het CosmoCube-team nam onlangs deel aan de ESA mini-Fast missions 'Call for Ideas', met een doelprijs voor de missie van onder de 50 miljoen euro.
"CosmoCube streeft ernaar om ambitieuze wetenschap te bedrijven met een zeer kleine satelliet in een uitdagende omgeving, en dat vereist slimme ontwerptechnieken," zegt co-auteur dr. Will Grainger van STFC RAL Space. "We hebben met de projectpartners representatieve modellen van de satelliet en de payload ontwikkeld. Deze zijn in onze faciliteiten getest om ervoor te zorgen dat de thermische prestaties het mogelijk maken dat de payload functioneert en de vereiste gevoelige metingen uitvoert onder de verschillende temperatuuromstandigheden die het in een baan om de maan zal ervaren."
Professor de Lera Acedo voegt hieraan toe: "Dit zou een echt succesverhaal voor het VK kunnen zijn: de hardware, de software, de implementatie en de technologie worden hier allemaal ontwikkeld, en het zou ons kunnen helpen een van de meest fundamentele vragen over het universum te beantwoorden."
***
Referentie: Eloy de lera Acedo et al. ‘The CosmoCube Lunar Mission for Probing the Dark Ages and Cosmic Dawn via 21-cm Cosmology.’ Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-026-02946-y
Kleine satelliet gebruikt de achterzijde van de maan om te luisteren naar fluisteringen uit het vroege universum
Een internationaal team van wetenschappers, onder leiding van de Universiteit van Cambridge, zal de achterzijde van de maan gebruiken als 'schild'. Hierdoor kan de satelliet – genaamd CosmoCube – alle ruis van de aarde blokkeren en luisteren naar een zwakke fluistering uit het zeer vroege universum.
Deze fluistering, bekend als de 21-centimeterlijn, is een signaal dat wordt uitgezonden door waterstofatomen in de periode tussen de nagloed van de oerknal en de 'Cosmic Dawn', het moment waarop kernfusie de eerste sterren deed oplichten. Niemand heeft dit tijdperk tot nu toe rechtstreeks kunnen waarnemen.
De maan als natuurlijk schild
Het detecteren van dit signaal van meer dan 13,5 miljard jaar geleden is uiterst moeilijk met telescopen op aarde. De ionosfeer van de aarde blokkeert namelijk de juiste frequenties, en interferentie van FM-radio, satellieten en telecommunicatie overstemt het signaal.
De maan biedt echter een natuurlijk schild. Terwijl CosmoCube in een baan om de verre zijde van de maan draait, is hij gedurende ongeveer 40 minuten van elke baan van twee uur afgeschermd van alle ruis van de aarde. Gedurende de verwachte missie van twee jaar zal de satelliet 1000 uur aan data verzamelen over een van de laatste onontdekte perioden van het universum. Dit helpt ons te begrijpen hoe het universum overging van een donkere en bijna lege staat naar de complexiteit die we vandaag de dag zien.
De missie is gefinancierd door de UK Space Agency en de onderzoekers hopen dat CosmoCube binnen de komende vijf jaar kan worden gelanceerd. De details zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy.
Onderzoek naar donkere materie
Naast het verkennen van het universum in de periode vóór de eerste sterren, zal CosmoCube ook het effect van donkere materie onderzoeken – de mysterieuze kracht die sterrenstelsels bij elkaar houdt.
"Deze emissie van waterstof na de oerknal, maar vóór de eerste sterren, zal ons hopelijk in staat stellen om de rol van donkere materie in het vroege universum te begrijpen, en hoe dit hielp om waterstof samen te trekken tot de eerste sterren en sterrenstelsels," aldus hoofdauteur professor Eloy de Lera Acedo van het Cavendish Laboratory in Cambridge.
Om deze periode te bestuderen, zal CosmoCube werken op extreem lage frequenties – tussen 10 en 50 MHz. Dit ligt ver buiten het bereik van telescopen op de grond, wat de reden is waarom de maan als 'fort van eenzaamheid' voor CosmoCube zal dienen.
"Er is geen andere plek waar je het soort afscherming kunt krijgen dat nodig is om zo'n zwak signaal te detecteren, terwijl je tegelijkertijd naar de gehele ruimte kijkt," zegt de Lera Acedo, die ook verbonden is aan het Kavli Institute for Cosmology. "De achterzijde van de maan is werkelijk de enige optie: het lost meerdere problemen tegelijk op en opent een helder venster naar het zeer vroege universum."
Technische uitvoering en dataverwerking
Zodra CosmoCube in een baan om de maan is, zal hij een lange en lichtgewicht radioantenne uitvouwen. Deze is gevoelig genoeg om het 21-centimeter-signaal van waterstofatomen uit het vroege universum te detecteren wanneer de satelliet zich aan de verre zijde van de maan bevindt.
Tijdens de baan om de maan zal CosmoCube constant zijn eigen elektronica controleren en corrigeren met behulp van een 'Dicke-switched' kalibrator. Deze schakelt tussen de lucht en verschillende ingebouwde referentiebronnen, wat helpt om kleine afwijkingen en ruis binnen de satelliet te elimineren die anders als kosmische signalen zouden kunnen worden aangezien.
Zodra de gegevens van CosmoCube terug op aarde zijn, zal het team geavanceerde Bayesiaanse statistische methoden gebruiken om voorgrondruis te verwijderen — voornamelijk radio-emissies van ons eigen sterrenstelsel. Ze zullen ook reconstrueren hoe de antenne reageert op verschillende delen van de lucht met behulp van computersimulaties en metingen tijdens de vlucht, waardoor resterende vervormingen kunnen worden weggefilterd.
"Naast de wetenschap is het de omvang die onze missie uniek maakt: we onderzoeken de vroegste, diepste delen van de donkere eeuwen waar anderen niet bij kunnen, maar met een compact platform dat relatief goedkoop is," aldus de Lera Acedo.
Ontwikkeling en samenwerkingen
CosmoCube is uitgerust met een geavanceerde, volledig geïntegreerde miniatuur-radiometer die gebruikmaakt van de nieuwste analoge en digitale technologie, de zogenaamde RF-Systems-on-Chip (RFSoCs). Het ruimteplatform van CosmoCube ('SSTL-21') wordt in het Verenigd Koninkrijk ontwikkeld door Surrey Space Technology Limited (SSTL), een specialist in de productie van kleine satellieten. De ontwikkeling van de instrumenten is in volle gang, waarbij functionerende laboratoriumprototypes worden getest en er nauwe samenwerking is met industriële partners.
In het Verenigd Koninkrijk maken ook de University of Portsmouth en STFC RAL Space deel uit van de academische partners, samen met participatie uit EU-landen zoals Malta. Het CosmoCube-team nam onlangs deel aan de ESA mini-Fast missions 'Call for Ideas', met een doelprijs voor de missie van onder de 50 miljoen euro.
"CosmoCube streeft ernaar om ambitieuze wetenschap te bedrijven met een zeer kleine satelliet in een uitdagende omgeving, en dat vereist slimme ontwerptechnieken," zegt co-auteur dr. Will Grainger van STFC RAL Space. "We hebben met de projectpartners representatieve modellen van de satelliet en de payload ontwikkeld. Deze zijn in onze faciliteiten getest om ervoor te zorgen dat de thermische prestaties het mogelijk maken dat de payload functioneert en de vereiste gevoelige metingen uitvoert onder de verschillende temperatuuromstandigheden die het in een baan om de maan zal ervaren."
Professor de Lera Acedo voegt hieraan toe: "Dit zou een echt succesverhaal voor het VK kunnen zijn: de hardware, de software, de implementatie en de technologie worden hier allemaal ontwikkeld, en het zou ons kunnen helpen een van de meest fundamentele vragen over het universum te beantwoorden."
***
Referentie: Eloy de lera Acedo et al. ‘The CosmoCube Lunar Mission for Probing the Dark Ages and Cosmic Dawn via 21-cm Cosmology.’ Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-026-02946-y
Groetjes,