Попытки обнаружить тёмную материю до сих пор остаются безрезультатными, несмотря на то, что она предположительно составляет почти 80% космического вещества. Вся концепция её поиска строится на убеждённости, что эта неуловимая «невидимая кошка» определённо существует — остаётся лишь разработать методику её поимки. Как предлагают японские исследователи, решением могут стать лунные радиотелескопы. Компьютерное моделирование определило параметры искомого сигнала, а Луна предоставляет уникальные условия для измерений без земных помех.
Источник изображения: University of Tsukuba
Возникновение Вселенной примерно 13,8 млрд лет назад в момент Большого взрыва ознаменовало начало стремительного расширения пространственно-временного континуума. Спустя приблизительно 400 тысяч лет наступила эпоха «космических тёмных веков», продолжавшаяся почти 100 млн лет — время, когда ещё не существовало звёзд и галактик. Пространство заполняли преимущественно водородные газовые облака, которые, согласно расчётам, излучали слабые радиоволны длиной 21 см. Эти электромагнитные колебания рассматриваются как перспективный источник данных о ранних этапах развития космоса и его компонентах, в том числе о таинственной тёмной материи.
Специалисты Университета Цукубы и Токийского университета использовали численное моделирование для прогнозирования мощности 21-сантиметрового излучения при различных вариантах распределения тёмной материи. При помощи суперкомпьютера учёные воссоздали эволюцию газовых скоплений и тёмной материи в период «тёмных веков». Моделирование охватило сценарии как с холодной, так и с тёплой тёмной материей. Это обеспечило рекордную точность расчётов интенсивности ключевого радиоизлучения и создало основу для интерпретации предстоящих наблюдательных данных.
Согласно результатам моделирования, водородный газ в эпоху «тёмных веков» производил уникальный радиосигнал с яркостной температурой порядка 1 милликельвина (тысячной доли кельвина) в усреднённом по небесной сфере излучении. Важно, что тёмная материя, создавая неоднородности в пространстве, должна была вызывать колебания сигнала сопоставимой амплитуды, что даёт возможность чётко отделить этот эффект от шумов. Изучение общего сигнала в широком частотном диапазоне около 45 МГц, по мнению исследователей, позволит точно установить массу и скорость частиц тёмной материи, что станет революционным шагом в изучении её фундаментальной природы.
Данные вычисления стимулируют ускорение программ по размещению лунных радиотелескопов, где отсутствие типичных земных и техногенных помех гарантирует исключительно точные измерения. Японская инициатива «Цукуёми», например, нацелена на создание лунных радиотелескопов для регистрации слабого излучения на длине волны 21 сантиметр. Реализация этого проекта способна кардинально преобразить наши знания о природе тёмной материи.
