Слабый сигнал из «Темных веков» Вселенной может раскрыть природу темной материи

Вселенная началась около 13,8 миллиардов лет назад с Большого взрыва. Примерно через 400 000 лет, когда космос достаточно остыл для образования атомов, наступила долгая и тихая фаза, известная как «Темные века». Этот период длился около 100 миллионов лет и закончился, когда зажглись первые звезды и галактики.

Хотя Вселенная в то время была темной, она не была полностью безмолвной. Ученые полагают, что атомы водорода испускали очень слабые радиоволны длиной 21 см. Считается, что эти сигналы сохранили ценную информацию о самых ранних этапах космической истории.

Моделирование ранней Вселенной и темной материи

Используя передовое численное моделирование, исследователи из Университета Цукубы и Токийского университета изучили, как этот 21-сантиметровый сигнал может вести себя в рамках различных теорий темной материи. Темная материя — это невидимая форма материи, составляющая около 80% всего вещества во Вселенной.

Воссоздав структуру и движение газа и темной материи в молодой Вселенной на мощных суперкомпьютерах, научная группа смогла с беспрецедентной точностью предсказать силу радиоизлучения в период Темных веков.

Что сигнал может рассказать о темной материи

Симуляции показывают, что газообразный водород в Темные века производил отчетливый сигнал с температурой яркости примерно в 1 милликельвин (одна тысячная градуса) в среднем по небу. Важно, что темная материя, как ожидается, вызывает вариации в этом сигнале аналогичной величины.

Таким образом, измерение общего радиосигнала в широком диапазоне частот около 45 МГц может предоставить критически важную информацию о темной материи, включая массу и скорость ее частиц.

Почему ученые смотрят на Луну

Для обнаружения такого чрезвычайно слабого сигнала астрономам нужно место, свободное от помех, создаваемых земной атмосферой и человеческими технологиями. По этой причине несколько предстоящих лунных миссий, включая японский проект «Цукуёми», нацелены на размещение радиотелескопов на Луне.

Если этим лунным инструментам удастся зафиксировать древний радиосигнал, они могут предложить мощный новый способ исследования природы темной материи и углубить наше понимание того, как зародилась Вселенная.

ИИ: Это исследование — прекрасный пример того, как фундаментальная наука ищет ответы на самые глубокие вопросы, используя как теоретические модели, так и смелые технологические проекты. Если эксперименты на Луне увенчаются успехом, мы сможем заглянуть в эпоху, предшествовавшую первым звездам, и, возможно, наконец-то получим ключи к разгадке таинственной темной материи, формирующей нашу Вселенную.