5 Minute
Imaginează-ți că asculți Universul când încă era întunecat. Cercetători japonezi susțin că o șoaptă de lumină radio din «Epoca Întunecată» cosmică ar putea dezvălui proprietățile materiei întunecate — substanța invizibilă care modelează galaxiile. Simulări noi indică faptul că radiotelescoapele instalate pe fața îndepărtată a Lunii ar putea fi instrumentele ideale pentru a detecta acel semnal slab.
Why the 21-centimeter signal matters
Acum aproximativ 13,8 miliarde de ani, Big Bang-ul a lansat cosmosul în existență. La circa 400.000 de ani după aceea, Universul s-a răcit suficient pentru ca protonii și electronii să se recombine în hidrogen neutru. Aceasta a pregătit scena pentru o perioadă îndelungată, lipsită de lumină, cunoscută drept Epoca Întunecată, care a durat până când primele stele și galaxii au început să strălucească.
În această eră, atomii de hidrogen puteau absorbi și emite unde radio la o lungime de undă caracteristică de 21 centimetri. Astronomii se referă la aceasta ca la linia de 21 cm. Deoarece emițiile urmăresc temperatura și densitatea gazului primordial, ele funcționează ca un instrument de diagnostic pentru condițiile din Universul timpuriu — și, potențial, pentru influența materiei întunecate asupra evoluției termice a hidrogenului neutru.
Simulations point to a tiny, detectable signature
Cercetătorii de la University of Tsukuba și University of Tokyo au folosit simulări cosmologice de înaltă rezoluție pentru a modela comportamentul gazului și al materiei întunecate în timpul Epocii Întunecate. Prin evoluția simultană a scenariilor cu materie întunecată rece și caldă, echipa a calculat temperatura de strălucire medie pe cer a emisiunii de 21 cm.
Ei prezic un semnal global în jur de 1 milikelvin — o miime de grad în temperatura de strălucire — pe banda radio relevantă. Esențial este faptul că modelele diferite de materie întunecată modifică sincronizarea și amplitudinea acelui licăr slab. Variațiile în masa și viteza particulelor de materie întunecată ar putea lăsa amprente subtile pe o gamă de frecvență de aproximativ 45 MHz, făcând astfel profilul global al semnalului de 21 cm un potențial trăgător de semnal pentru fizica materiei întunecate și pentru modele de particule.
Distribuțiile simulate ale materiei întunecate reci și calde sunt prezentate folosind particule colorate în funcție de temperatură, însoțite de o ilustrație a radiotelescoapelor lunare. Credit: Hyunbae Park, University of Tsukuba
Lunar radio telescopes: a quiet place to listen
Observatoarele radio de pe Terra se confruntă cu interferențe cauzate de activitatea umană și cu distorsiuni ionosferice. Fața îndepărtată a Lunii oferă un mediu excepțional de liniștit radio, ferit de zgomotul terestru și ideal pentru observații la frecvențe joase sub ~100 MHz. Acest cadru este deosebit de potrivit pentru măsurători sensibile ale semnalului global de 21 cm, care necesită un nivel foarte scăzut de poluare radio.
Mai multe misiuni propun acum instalarea de array-uri radio pe Lună. Proiectul japonez Tsukuyomi este unul dintre aceste eforturi. Dacă un radiotelescop lunar poate măsura semnalul global de 21 cm pe intervalul de frecvență estimat, astronomii ar putea restrânge proprietățile particulelor de materie întunecată într-un mod complementar față de experimentele de fizică a particulelor și de sondajele galaxiilor.
What this means for dark matter research
Detectarea semnalului global de 21 cm din Epoca Întunecată ar deschide o fereastră cu totul nouă asupra laturii invizibile a cosmosului. În loc să se bazeze doar pe efecte indirecte observate în rotația galaxiilor sau în lentile gravitaționale, oamenii de știință ar obține o sondare directă a modului în care materia întunecată a modelat istoria termică a hidrogenului neutru.
Aceasta nu înseamnă că o descoperire este iminentă — semnalul este extrem de mic, iar provocările inginerești sunt semnificative. Cu toate acestea, combinația dintre simulări precise, cunoștințe despre semnalul de 21 cm și misiuni lunare ambițioase face perspectiva mai realistă ca niciodată. Dacă va reuși, observarea din spațiu (și în special de pe Lună) ar putea transforma materia întunecată dintr-o speculație în știință măsurabilă, oferind date esențiale pentru cosmologie, fizica particulelor și dezvoltarea radiotelescopelor lunare.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu