Японські вчені змоделювали сигнал раннього Всесвіту

Японські астрофізики з Університету Цукуба та Університету Токіо створили найточнішу на сьогодні комп’ютерну модель слабких 21-сантиметрових радіохвиль, що походять із так званих «темних віків» Всесвіту — періоду, який настав приблизно через 400 000 років після Великого вибуху і тривав близько 100 мільйонів років, поки не запалилися перші зорі. Їхнє дослідження, опубліковане в журналі Nature Astronomy, може стати ключем до виявлення темної матерії — невидимої субстанції, що становить близько 80% усієї матерії у космосі.

Під час цього раннього етапу космічної історії нейтральний водень у міжгалактичному просторі випромінював надзвичайно слабке радіовипромінювання з довжиною хвилі 21 сантиметр. Цей сигнал, який неможливо спостерігати сучасними наземними телескопами через радіоперешкоди Землі, може містити «відбитки» фізичних процесів, що формували структуру Всесвіту.

Команда під керівництвом доктора Хюнбе Парка відтворила еволюцію газу та темної матерії у молодому Всесвіті, використовуючи надпотужні суперкомп’ютери. Вчені зуміли змоделювати, як різні типи темної матерії — холодна та тепла — впливали на розподіл речовини та силу 21-сантиметрового сигналу.

Розрахунки показали, що середня яскравість температури цього космічного випромінювання становила лише близько 1 міллікельвіна, однак саме варіації такого масштабу, викликані темною матерією, можуть бути помітними у відповідному діапазоні частот — приблизно 45 мегагерц. Якщо вдасться зафіксувати ці коливання, це відкриє шлях до визначення маси, швидкості та природи частинок темної матерії.

«Наші результати свідчать, що спостереження глобального 21-сантиметрового сигналу може стати найкращим способом дослідити властивості темної матерії у ранньому Всесвіті», — зазначає Парк.

Щоб досягти цього, вчені планують використовувати місячні радіотелескопи, зокрема японський проєкт Tsukuyomi, який дозволить спостерігати космічні хвилі без впливу земної атмосфери. Такі місії можуть стати революційним інструментом космології, здатним відкрити для науки те, що було приховане в космічній темряві понад 13 мільярдів років.

Таким чином, моделювання японських дослідників не лише демонструє, що 21-сантиметрові сигнали справді зберігають «пульс» темних віків, але й відкриває новий шлях до експериментального підтвердження існування темної матерії — однієї з найглибших загадок сучасної фізики.