Свойства темной материи во многом определяет масса составляющих ее частиц. Если частицы относительно легкие (менее 5% массы электрона), темная материя считается теплой и препятствует образованию структур меньше галактик. Тяжелые частицы делают темную материю холодной, способствуя росту мелкомасштабных структур.
Телескоп на обратной стороне Луны может найти темную материю
Международная команда астрофизиков под руководством Университета Цукуба, Япония построили модель древних радиосигналов из эпохи космических Темных веков, которые начались через 100 миллионов лет после Большого взрыва. Ученые показали, что по этим сигналам можно определить тип темной материи, заполняющей Вселенную. Ученые объяснили, что эти радиоволны можно будет принять с помощью телескопа, расположенного на обратной стороне Луны, где телескоп будет защищен от земных радиопомех.
На дальней стороне Луны пока нет радиопомех. Википедия
Темные века в космологии — период первых 100-380 миллионов лет после Большого взрыва, когда во Вселенной еще не было звезд и галактик. Этот период получил такое название из-за отсутствия источников света — только нейтральный водород заполнял пространство. Эпоха закончилась с появлением первых звезд, которые начали ионизировать окружающий газ.
Исследователи сфокусировались на малых газовых облаках эпохи космических Темных веков — первых 100 миллионов лет после Большого взрыва, до формирования звезд и галактик. Моделирование показало, как газ постепенно охлаждался при расширении вселенной, формируя сгустки из-за гравитационного взаимодействия с темной материей.Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
Ожидаемый усредненный по небу водородный 21-см сигнал примерно через 100 миллионов лет после Большого взрыва. Синяя и красная линии соответствуют сценариям формирования структур из холодной и теплой темной материи.
Вариации плотности и температуры газа отпечатались в 21-сантиметровом радиоизлучении атомов водорода. 21-сантиметровое излучение (частота 1420 МГц) водорода — радиоволна, которую испускают атомы нейтрального водорода при переходе между сверхтонкими энергетическими состояниями. Это излучение позволяет астрономам изучать распределение водорода во Вселенной, включая далекие эпохи еще до формирования звезд. Сигнал крайне слабый, но стабильный, что делает его важным инструментом радиоастрономии для исследования структуры космоса.
Команда обнаружила, что усредненная по небу мощность этого древнего сигнала зависит от того, является ли темная материя теплой или холодной. Различие между сценариями составляет менее милликельвина по яркостной температуре.
Лунный телескоп может «почувствовать» темную материю
Lunar Crater Radio Telescope. Планируется, что он будет расположен в кратере на дальней стороне Луны.
Согласно моделированию, сигнал, который позволит решить вопрос о размерах частиц темной материи, ожидается на частотах около 50 МГц и ниже. На Земле эти частоты сильно загрязнены искусственными помехами и затемнены ионосферой. Обратная сторона Луны предлагает очень спокойную радиосреду, — Луна прекрасно экранирует ее от земных помех.
Сегодня существует целая серия различных проектов радиотелескопов на обратной стороне луны. Один из наиболее проработанных — Lunar Crater Radio Telescope. Этот телескоп планируется разместить в лунном кратере. Если этот телескоп будет построен, то он хорошо подойдет для приема радиосигнала на частоте 50 МГц. И возможно, ответ о типе частиц темной материи будет наконец решен.