Вселенная началась около 13,8 миллиарда лет назад с Большого взрыва — момента стремительного расширения. Примерно через 400 000 лет, когда космос достаточно остыл для образования атомов, наступила длительная тихая эпоха, которую ученые называют «Темными веками». Этот период продолжался около 100 миллионов лет и завершился лишь тогда, когда первые звезды и галактики наконец вспыхнули и начали излучать свет.
Хотя Вселенная в те времена была погружена во тьму, она не была полностью безмолвной. Ученые полагают, что атомы водорода испускали очень слабые радиоволны с длиной волны 21 сантиметр. Эти сигналы, как считается, хранят бесценную информацию о самых ранних этапах космической истории.
Команда специалистов из Университета Цукубы и Токийского университета использовала мощные суперкомпьютеры, чтобы смоделировать, как этот сигнал мог бы вести себя в эпоху тьмы. Воссоздав структуру и движение газа и темной материи в молодой Вселенной, команда смогла предсказать интенсивность радиоизлучения Темных веков с беспрецедентной точностью. Особенно интересна ученым именно темная материя — невидимая форма материи, которая составляет около 80% всей материи во Вселенной и которую до сих пор не удавалось зарегистрировать.
Моделирование показало, что водородный газ той эпохи производил характерный сигнал с яркостной температурой около 1 милликельвина — одной тысячной градуса — при усреднении по всему небу. Что особенно важно, темная материя должна вызывать вариации этого сигнала сопоставимой величины. Измерение общего радиосигнала в широком диапазоне частот около 45 мегагерц могло бы дать критически важную информацию о темной материи, включая массу и скорость ее частиц.
Однако обнаружить столь слабый сигнал с Земли практически невозможно. Атмосфера нашей планеты и помехи от человеческих технологий создают слишком много шума. Поэтому астрономы обращают взоры к Луне. Несколько предстоящих лунных миссий, включая японский проект Tsukuyomi, планируют разместить радиотелескопы на поверхности спутника Земли.
Если лунные инструменты сумеют уловить древний радиосигнал, это откроет принципиально новый способ изучения природы темной материи и углубит наше понимание того, как зародилась Вселенная. Парадоксальным образом самые темные времена космической истории могут пролить свет на одну из главных загадок современной физики.
Ранее ученые нашли неожиданный способ наблюдения черных дыр с невиданной ранее четкостью.