Темная материя ранней Вселенной может быть обнаружена по первым радиоволнам

(Слева) Черно-белое изображение показывает распределение темной материи, сконцентрированной в плотные сгустки в темных областях. (Справа) Цветное изображение представляет соответствующую карту температуры газа. Предоставлено: Тель-Авивский университет

Исследователи из Тель-Авивского университета впервые предсказали, что можно обнаружить с помощью регистрации радиоволн, возникших в ранней Вселенной. Их результаты показывают, что в период «космических темных веков» темная материя собиралась в плотные сгустки по всему пространству, притягивая газообразный водород, который излучал интенсивные радиоволны. Этот новый подход может предложить способ исследования одной из величайших загадок науки: истинной природы темной материи.

Работа под руководством профессора Реннана Барканы из Школы физики и астрономии Саклера Тель-Авивского университета была опубликована в журнале Nature Astronomy.

Согласно исследователям, космические темные века (период непосредственно перед формированием первых звезд) можно изучить, обнаруживая радиоволны, излучаемые газообразным водородом, который когда-то заполнял Вселенную. Хотя обычные антенны легко улавливают радиоволны, сигналы из этой древней эпохи блокируются атмосферой Земли. Для их изучения требуются инструменты в космосе — особенно на Луне, где отсутствие атмосферы и созданных человеком помех обеспечивает идеальные условия.

Профессор Баркана объясняет: «Новый космический телескоп NASA James Webb недавно обнаружил далекие галактики, чей свет мы получаем от ранних галактик, примерно через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Наше новое исследование изучает еще более раннюю и загадочную эпоху: космические темные века, всего через 100 миллионов лет после Большого взрыва. Компьютерное моделирование предсказывает, что темная материя по всей Вселенной формировала плотные сгустки, которые впоследствии помогли сформировать первые звезды и галактики. Предсказанный размер этих сгустков зависит от неизвестных свойств темной материи, но их нельзя увидеть напрямую. Однако эти сгустки темной материи притягивали газообразный водород и заставляли его излучать более сильные радиоволны».

Хотя ожидаемый сигнал слаб, его успешное наблюдение может открыть новое окно для проверки теорий темной материи. Когда вскоре после этого появились первые звезды, во время фазы, известной как «космический рассвет», их свет, вероятно, значительно усилил это радиоизлучение.

Для решения этой задачи ученые обращаются к обширным сетям радиотелескопов, предназначенных для картирования тонких вариаций космической радиоинтенсивности. Одним из крупнейших проектов является Square Kilometre Array (SKA) — глобальное сотрудничество с участием массива из 80 000 радиоантенн, который в настоящее время строится в Австралии.

Профессор Баркана заключает: «Когда ученые открывают новое наблюдательное окно, обычно следуют удивительные открытия. Святой Грааль физики — обнаружить свойства темной материи, таинственной субстанции, которая, как мы знаем, составляет большую часть материи во Вселенной, но о которой мы мало что знаем».