Forskare vid Tel Avivs universitet har föreslagit att detektera svaga radiovågor från de kosmiska mörka åldrarna för att avslöja mörk materias egenskaper. Dessa signaler, som avges av vätegas påverkad av mörk materiaklumpar bara 100 miljoner år efter Big Bang, kan bäst observeras från månen. Resultaten, publicerade i Nature Astronomy, belyser en ny metod för att undersöka universums tidigaste ögonblick.
I en studie ledd av prof. Rennan Barkana från Tel Avivs universitets Sackler-skolan för fysik och astronomi, tillsammans med doktoranden Sudipta Sikder och samarbetspartners från Japan, Indien och Storbritannien, förutspår forskarna att radiovågor från de kosmiska mörka åldrarna innehåller ledtrådar till mörk materia. Denna era, som inträffade strax innan de första stjärnorna bildades runt 100 miljoner år efter Big Bang, såg mörk materia bilda täta klumpar som drog in vätegas och fick den att avge starkare radiosignaler.
Prof. Barkana förklarade: "NASAs nya James Webb-rymdteleskop har nyligen upptäckt avlägsna galaxer vars ljus vi tar emot från tidiga galaxer, runt 300 miljoner år efter Big Bang. Vår nya forskning studerar en ännu tidigare och mer mystisk era: de kosmiska mörka åldrarna, bara 100 miljoner år efter Big Bang. Dator-simuleringar förutspår att mörk materia i hela universum bildade täta klumpar, som senare skulle hjälpa till att forma de första stjärnorna och galaxerna. Den förutsagda storleken på dessa klumpar beror på, och kan därmed belysa, de okända egenskaperna hos mörk materia, men de kan inte ses direkt. Dessa mörk materiaklumpar drog dock in vätegas och fick den att avge starkare radiovågor. Vi förutspår att den kumulativa effekten av allt detta kan detekteras med radioantenner som mäter den genomsnittliga radiointensiteten på himlen."
Jordens atmosfär blockerar dessa svaga signaler, vilket gör rymdbaserade observationer nödvändiga, särskilt på månens radiotysta yta fri från mänsklig störning. Med uppdrag från USA, Europa, Kina och Indien som tävlar om att återvända till månen, kan mån-teleskop möjliggöra denna forskning.
Studien antyder att dessa signaler, förstärkta under den kosmiska gryningen när de första stjärnorna tändes, kan detekteras av projekt som Square Kilometre Array (SKA), ett internationellt initiativ med 80 000 antenner under byggnation i Australien. Prof. Barkana, som är involverad i SKA, noterade: "Precis som gamla radiostationer ersätts med nyare teknik som ger webbplatser och poddar, utökar astronomer räckvidden för radioastronomi. När forskare öppnar ett nytt observationsfönster leder det vanligtvis till överraskande upptäckter. Den heliga graalen inom fysiken är att upptäcka egenskaperna hos mörk materia, den mystiska substansen som vi vet utgör det mesta av materian i universum, men vi vet inte mycket om dess natur och egenskaper. Förståeligt nog är astronomer ivriga att börja stämma in på de kosmiska radiokanalerna från det tidiga universum."
Detta tillvägagångssätt erbjuder en oren vy av mörk materia innan galaxer bildades, och har potential att transformera vår förståelse av kosmisk evolution. Forskningen publicerades i Nature Astronomy.