Сферически усредненный (суммарный) спектр мощности флуктуаций яркости 21 см. Спектры мощности показаны как функция k в темные века при z =[150, 125, 75, 50, 40, 30]. Пунктирными линиями показаны спектры мощности при z = 75 и 40 с учетом влияния углового разрешения (для наших конфигураций A или B). Мы также показываем шум 1σ (тепловая плюс космическая дисперсия) для наших конфигураций A (короткие пунктирные линии) и B (длинные пунктирные линии) при z = 75 и 40 (для интервалов с Δ(ln v) = 1 и Δ(ln k ) = 1)). Фото: Природная астрономия (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02057-y
Исследование Тель-Авивского университета впервые предсказало революционные результаты, которые могут быть получены при обнаружении радиоволн на Луне. Результаты исследования показывают, что измеренные радиосигналы могут быть использованы для новой проверки стандартной космологической модели для определения состава Вселенной, а также веса частиц нейтрино и, возможно, помогут ученым получить еще один ключ к разгадке тайны темной материи.
Это исследование проводилось исследовательской группой профессора Ренана Барканы, в которую входил научный сотрудник доктора Раджеш Мондал. Их новые выводы были опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Исследователи отмечают, что космические темные века (период непосредственно перед образованием первых звезд) можно изучать, обнаружив радиоволны, испускаемые газообразным водородом, наполнявшим в то время Вселенную.
Хотя в каждом автомобиле есть антенна, способная обнаруживать радиоволны, определенные волны ранней Вселенной блокируются атмосферой Земли. Их можно изучать только из космоса, особенно с Луны, где стабильная среда, свободная от каких-либо помех со стороны атмосферы или радиосвязи.
Конечно, размещение телескопа на Луне — дело непростое, но мы являемся свидетелями международной космической гонки, в которой многие страны пытаются вернуться на Луну с космическими зондами и, в конечном итоге, с астронавтами. Космические агентства США, Европы, Китая и Индии ищут достойные научные цели для освоения Луны, а новое исследование подчеркивает перспективы обнаружения радиоволн из темных космических эпох.
Профессор Баркана объясняет: «Новый космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба недавно обнаружил далекие галактики, свет которых мы получаем от космического рассвета, примерно через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Наше новое исследование изучает еще более раннюю и более загадочную эпоху: космические темные века. , всего через 50 миллионов лет после Большого взрыва. Условия в ранней Вселенной сильно отличались от сегодняшних».
«Новое исследование сочетает в себе современные знания космической истории с различными вариантами радионаблюдений, чтобы выявить то, что можно открыть. В частности, мы рассчитали интенсивность радиоволн, определяемую плотностью и температурой газообразного водорода в разное время, и затем показал, как можно анализировать сигналы, чтобы извлечь из них желаемые результаты».
Исследователи считают, что полученные результаты могут иметь очень важное значение для научного понимания нашей космической истории, так что с помощью единственной лунной антенны можно будет проверить стандартную модель космологии, чтобы увидеть, может ли она объяснить космические темные века или вместо этого существуют было, например, неожиданное нарушение расширения Вселенной, которое указывало бы на новое открытие.
Более того, с помощью радиотелескопа, состоящего из набора радиоантенн, можно точно определить состав Вселенной (в частности, количество водорода и гелия в ней). Водород — это первоначальная форма обычной материи во Вселенной, из которой образовались звезды, планеты и, в конечном итоге, мы сами.
Точное определение количества гелия также имеет большое значение, поскольку оно позволит исследовать древний период, примерно через минуту после Большого взрыва, когда гелий образовался, когда вся Вселенная, по сути, представляла собой гигантский ядерный реактор. Благодаря еще большему набору лунных антенн также можно будет измерить вес космических нейтрино.
Это крошечные частицы, которые испускаются в различных ядерных реакциях; их вес является критическим неизвестным параметром в развитии физики за пределами установленной стандартной модели физики элементарных частиц.
Профессор Баркана заключает: «Когда учёные открывают новое окно наблюдений, обычно результатом становятся удивительные открытия. С помощью лунных наблюдений можно будет открыть различные свойства темной материи, загадочного вещества, которое, как мы знаем, составляет большую часть материи во Вселенной. однако мы мало что знаем о его природе и свойствах. Очевидно, что космическим темным векам суждено пролить новый свет на Вселенную».
Информация от: Тель-Авивским университетом
