В ближайшее десятилетие многочисленные космические агентства и коммерческие космические поставщики полны решимости вернуть астронавтов на Луну и построить необходимую инфраструктуру для длительного пребывания там. Сюда входят Лунные ворота и базовый лагерь Артемиды — совместная работа под руководством НАСА при поддержке ЕКА, ККА и JAXA, а также Российско-китайской международной лунной исследовательской станции (ILRS). Кроме того, несколько агентств изучают возможность строительства радиообсерватории на обратной стороне Луны, где она могла бы работать совершенно без радиопомех.
В течение многих лет исследователи выступали за создание такой обсерватории, потому что такая обсерватория позволит проводить исследования. Это включает в себя возможность изучать Вселенную во время ранних «космических темных веков», даже до того, как образовались первые звезды и галактики (примерно через 50 миллионов лет после Большого взрыва). Хотя было сделано много прогнозов о том, какую науку могла бы выполнять лунная радиообсерватория, новое исследование Тель-Авивского университета предсказало (впервые), какие новаторские результаты может действительно получить эта обсерватория.
Это исследование возглавляли профессор Реннан Баркана и доктор Раджеш Мондал, профессор астрофизики и постдокторант (соответственно) Школы физики и астрономии Тель-Авивского университета. Статья, описывающая их выводы, «Перспективы точной космологии с сигналом 21 см из темных веков», была опубликована в журнале Природная астрономия. По их мнению, результаты исследования показывают, что измеренные радиосигналы могут быть использованы для проверки Стандартной модели космологии и определения состава Вселенной.
Космические темные века, которые произошли примерно через 130 000–1 миллиард лет после Большого взрыва, традиционно оставались неуловимыми для астрономов (отсюда и название). По сути, свет этого космологического периода смещается в красную сторону до такой степени, что его можно увидеть только в радиоспектре. Более того, единственными источниками фотонов этого периода являются остатки излучения Большого взрыва, которое сегодня видно как космический микроволновый фон (CMB) или видимы как линия 21 см (или линия водорода), вызванная реионизацией. нейтрального водорода.
Эти радиоволны можно изучать только из космоса, где они свободны от атмосферных помех и других радиоисточников. На обратной стороне Луны радиообсерватория также будет защищена от радиопомех, создаваемых нашим Солнцем. Создание обсерватории там по-прежнему будет серьезной проблемой. Как объяснил профессор Баркана в недавнем заявлении Тель-Авивского университета:
«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 загадочную эпоху: космические темные века, произошедшие 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, а затем показали, как можно анализировать сигналы, чтобы извлечь из них желаемые результаты».
Астрономам, надеющимся раздвинуть границы космологии, Темные космические века предлагают возможность изучить первые звезды и галактики во Вселенной. В своем исследовании Баркана и Мондал утверждают, что лунная радиообсерватория могла бы измерять радиосигналы, чтобы определить состав ранней Вселенной, скорость расширения космоса (тем самым проверяя теорию темной энергии) и, возможно, получить представление о тайне Темная материя. Все они являются неотъемлемой частью Стандартной модели космологии, известной как модель лямбда-холодной темной материи (LCDM).
Они также обнаружили, что с помощью массива, состоящего из нескольких радиоантенн, ученые могли точно измерить количество водорода и гелия вскоре после Большого взрыва. Точное определение того и другого позволило бы получить ценную информацию о том, как обычная материя образовалась из водорода, который послужил топливом для создания первых звезд, постепенно порождая более тяжелые элементы, планеты и, в конечном итоге, жизнь. Наконец, они обнаружили, что с помощью еще большего массива лунных антенн также можно будет измерить вес космических нейтрино – критический параметр в развитии физики за пределами Стандартной модели физики элементарных частиц. Как заключил профессор Баркана:
«Когда учёные открывают новое окно наблюдений, обычно происходят удивительные открытия. С помощью лунных наблюдений, возможно, удастся обнаружить 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».
Дополнительная литература: EurekAlert, Природа
