Man tror, det er løgn, når man ser det. Fire 1,6 meter høje metalstænger, der ligner fjernsynsantenner med en flagstangsknop i toppen, sikret med barduner. Ved siden af står der en lille beholder, som indeholder 16 endnu mindre radioantenner. Bundter af kabler fører hen til en container, hvor signalerne digitaliseres.

Stedet er de flade kartoffelmarker omkring den lille by Exloo i det nordlige Holland, og testopstillingen er forløber for Low Frequency Array (Lofar), som åbner ballet for en ny generation af radioteleskoper. Lofar skal via et internationalt netværk af målestationer se længere tilbage i tid og rum end selv Hubble-rumteleskopet, og det ambitiøse mål er intet mindre end at kortlægge universets mørke barndom.

Nutidens observationer af universet kan sammenlignes med et fotoalbum, som indeholder det første ultralydsbillede af fosteret i moderens mave samt en masse fotos af det unge menneske fra teenageårene og frem til voksenalderen. Hvis man ud fra disse billeder prøver på at gætte, hvordan udviklingen forløb i barndommen, går man nemt galt i byen – for et barn er hverken et forstørret foster eller et voksent menneske i miniformat. Barndomsårene er unikke og afgørende for den senere udvikling.

For universets vedkommende svarer fosterbilledet til den kosmiske baggrundsstråling, som blev udsendt 370.000 år efter Big Bang. Strålingen blev frigivet, da universet var blevet så stort og afkølet, at protoner og elektroner fandt sammen i neutrale brintatomer, og den rummer spor af de små sammenklumpninger af masse, som senere blev til sædekorn for universets myriader af galakser.

Efter udsendelsen af baggrundsstrålingen gik der en milliard år før dannelsen af de første store galakser, som Hubble-teleskopet kan se. Rumteleskopets observationer svarer til billederne af teenageren. Men de afgørende udviklingstrin i universets barndom har hidtil været lukket land. Lyset fra de første stjerner og dværggalakser er nemlig for svagt og for langt borte i tid og rum til, at det kan ses med nutidens teleskoper.

Hvad der skete i den mørke epoke, er i dag ren teori, men det skal Lofar lave om på. Store, gule gravemaskiner er nu i færd med at gøre området omkring Exloo klar til 18 stationer, som hver skal indeholde 96 af de store og 1.536 af de små dipolantenner. I løbet af 2009 udbygges netværket til i alt 40 stationer, hvoraf nogle opstilles i Tyskland, England, Frankrig og Sverige, mens endnu flere er planlagt i Polen og Ukraine.

»Efter planen indleder vi de første rigtige observationer i begyndelsen af 2010,« fortæller direktøren for Lofar-projektet, Michiel van Haarlem, mens han viser rundt i de våde og mudrede marker iført gummistøvler.

WMAP-satellittens studier af den kosmiske baggrundsstråling har givet astronomerne et første indblik i den mørke periode. WMAP målte, at baggrundsstrålingen er polariseret. Men de neutrale brintgasser, der opstod samtidig med frigivelsen af baggrundsstrålingen, kan ikke polarisere stråling. Kun ioniseret brint kan udføre tricket, og omfanget af polariseringen tyder på, at ioniseringen af brintgasserne for alvor fik fart på, da universet kun var omkring 500 millioner år gammelt.

Den mest sandsynlige forklaring er, at klumper af mørkt stof lokalt havde tiltrukket tilstrækkeligt med brintgas til at føde de første dværggalakser med den tidligste generation af kæmpestjerner. For at ionisere et brintatom – dvs. at sparke elektronen op i et højere energiniveau – er der brug for en energi på 13,6 elektronvolt svarende til en ultraviolet foton.

Energien kan enten være kommet fra dværggalakser eller sorte huller. Hvis blot en milliontedel af brintgassen i universet fusionerede i stjerner, ville fusionsprocesserne udstråle energi nok til at ionisere al brintgassen i det interstellare rum i løbet af den mørke alder. Energien til ioniseringen kan også være kommet fra brintgas, som blev suget ned i sorte huller. Når det sker, udsendes meget energirig stråling, så hvis blot 0,1 milliontedel af brinten i universet blev opslugt af sorte huller, ville energien kunne ionisere resten af brinten i universet.

Dannelse af dværggalakser og stjerner er i dag mange astrofysikeres favorit som den vigtigste energikilde til ioniseringen, fordi de kosmologiske modeller har svært ved at forklare, hvordan tilstrækkeligt store sorte huller kunne opstå så hurtigt efter Big Bang. Man forestiller sig, at mange små dværggalakser først ioniserede brinten lokalt i bobler omkring sig, hvorpå boblerne i løbet af den mørke alder voksede og smeltede sammen, så brinten i hele det interstellare rum til sidst blev ioniseret.

Indtil videre bygger scenariet kun på modelberegninger, men nu skal Lofar skaffe hårde data ved at kortlægge fordelingen af brintgasserne i en stor del af den mørke periode.

Udgangspunktet for observationerne er, at neutrale brintgasser gløder svagt selv i totalt mørke på grund af indbyrdes kollisioner mellem atomerne og via vekselvirkninger med baggrundsstrålingen. Begge processer kan føre til optagelse eller udsendelse af fotoner med meget lav energi svarende til en bølgelængde på 21 centimeter.

Det er denne svage glød af 21 centimeter-fotoner, som radioastronomerne nu vil udnytte til at se ind i universets mørke barndom. Efterhånden som brintgasserne blev ioniseret af stråling fra de første dværggalakser eller sorte huller, holdt de op med at udsende 21 centimeter-fotonerne. På den måde opstod der huller i spinstrålingen – som hullerne i en schweizerost – omkring kilderne til ioniseringen. Ved at kortlægge boblernes fremkomst og vækst over tid vil udviklingen af dvæggalakser og sorte huller kunne følges.

På grund af universets udvidelse gennem de seneste 13 milliarder år er 21 centimeter-strålingen blevet rødforskudt mod de lange bølgelængder i radioområdet; en 21 centimeter-foton fra den mørke alders begyndelse har nu en bølgelængde på 210 meter, mens en foton fra den mørke alders slutning har en bølgelængde på et par meter.

»Lofars observationer vil række helt tilbage til den tid, hvor universet kun var 700.000 år gammelt«, siger lederen af observationsprogrammet, Ger de Bruyn.

21 centimeter-strålingen vil rumme endnu flere oplysninger om universets barndom end den kosmiske baggrundsstråling – og det siger ikke så lidt.

Baggrundsstrålingen blev nemlig kun udsendt i en kort periode, og giver derfor et todimensionelt øjebliksbillede af universet; man kan sammenligne med et tyndt vævssnit. 21 centimeter-strålingen blev udsendt gennem næsten en milliard år, og ved at måle på forskellige bølgelængder af den rødforskudte stråling får astronomerne en masse snit, som kan samles til en tredimensionel gengivelse af brintgassernes fordeling i universet i løbet af den mørke alder.

»Hvis vores strategi lykkes, vil observationerne vise evolutionen af dværggalakser og sorte huller over tid. Vi vil kunne se, hvordan strukturerne udviklede sig frem til dannelsen af de første store galakser«, siger Ger de Bruyn.

En åbenbar risiko ved Lofar er selvfølgelig, at den mest afgørende udvikling fandt sted i den periode, hvor bølgelængden af 21 centimeter-strålingen nu er blevet rødforskudt til FM-båndet. Men her vil andre planlagte radioteleskoper tage over. Det gælder især det gigantiske Square Kilometer Array (SKA) – et netværk af store radioteleskoper – som efter planen skal blive klar til observationer i 2020. SKA vil blive bygget i et øde område, enten i Australien eller Sydafrika, hvor den jordiske radiostøj er minimal.

Hvis den nye generation af radioteleskoper lever op til forhåbningerne, vil vi for første gang nogensinde blive i stand til at åbne de skjulte sider i det kosmologiske fotoalbum og se, hvordan universet – hyllet i mørke – tog sine spæde barneskridt, inden de første store galakser lyste op på himlen og banende vejen for universet, som vi kender det i dag.

Lofar-teleskopet skal opfange langbølget radiostråling i frekvensområdet fra 30-240 megahertz, og den hollandsk-tyske kerne kommer til at bestå af et netværk med 25.000 dipolantenner spredt over et areal med den diameter på 350 kilometer. Signalerne forenes ved hjælp af interferometri, så antennerne virker som ét stort teleskop.

Et netværk af simple dipolantenner er velegnet til at fange langbølget radiostråling, men alligevel er observationerne uhyre vanskelige. For det første overdøves signalerne af en kakofoni af jordisk radiostøj. For det andet påvirkes lavfrekvente radiosignaler af ionosfæren. Og for det tredje forstyrrer radiostøj fra Mælkevejens centrum observationer af fjerne kilder.

Især den jordiske radiostøj er et problem, og derfor kræver det masser af vovemod at placere et radioteleskop som Lofar i et af de tættest beboede områder i verden. Den største udfordring bliver at filtrere støjen fra, og derfor bygger Lofar på et nyt koncept, som kaldes et softwareteleskop.

Hver enkelt observationsstation vil akkumulere 500 gigabit data i sekundet, og hovedparten frafiltreres allerede i containeren ved siden af stationen. Alle signaler i FM-båndet mellem 54 og 108 megahertz smides ud. De største dipolantenner er optimeret til observationer i det lavfrekvente område under FM-båndet, mens de små antenner opfanger signaler med frekvenser over FM-båndet.

Fra stationerne flyder strømmen af data via lyslederkabler til universitetet i Groningen, hvor en IBM Blue-Gene/L supercomputer med avanceret software står for den videre databehandling, som skal finde nålen i høstakken.

»Gennem to års forsøg med testopstillingen har vi lært en masse om, hvordan vi skal frafiltrere uvedkommende radiosignaler. Vi tror på, at det kan lade sig gøre,« siger Ger de Bruyn.