Міжнародна команда астрофізиків змоделювала надзвичайно слабкі радіосигнали з раннього Всесвіту — епохи «Темних віків», коли ще не існувало жодної зорі. Як виявилося, ці радіохвилі, що походять від первинного водню, можуть розкрити справжню природу темної матерії. Дослідження опубліковане 16 вересня 2025 року в журналі Nature Astronomy.
Вчені пояснили: темна матерія становить близько 80% усієї матерії у Всесвіті, але її частинки досі не виявлені. Одне з ключових питань — маса цих частинок. Якщо вони легкі, темна матерія вважається «теплою» і перешкоджає утворенню дрібних структур, таких як карликові галактики. Якщо ж частинки масивні, темна матерія є «холодною» і сприяє формуванню дрібномасштабних об’єктів.
Щоб розібратися, який сценарій правильний, команда під керівництвом Хюнбе Пака з Університету Цукуба змоделювала ранній Всесвіт — перші 100 мільйонів років після Великого вибуху. Вчені відтворили, як газові хмари охолоджувалися, стискалися під дією гравітації темної матерії та формували щільні згустки. Ці зміни температури й густини залишили відбиток у випромінюванні водню на довжині хвилі 21 см.
Рисунок 1. На цій візуалізації кожна крапка представляє газову частинку з масою, приблизно в 1000 разів більшою за масу Сонця, в моделюванні космічної Темної епохи. Ліва і права панелі порівнюють сценарії холодної і теплої темної матерії відповідно. Колір представляє температуру газу, де жовтий, червоний і чорний кольори відповідають приблизно 200, 50 і 20 кельвінам відповідно. Час проходить зверху вниз, показуючи еволюцію газових структур під час космічної темної епохи. Джерело: Хюнбе Парк
Результати показали, що інтенсивність цього сигналу чітко відрізняється залежно від типу темної матерії. Різниця становить менше однієї мілікельвіна — надзвичайно слабке випромінювання, яке неможливо зафіксувати з Землі через завади радіосигналів і вплив іоносфери. Однак на зворотному боці Місяця, який природно захищений від радіоперешкод, такі спостереження можуть стати можливими.
Рисунок 2. Очікуваний середній сигнал водню 21 см від неба приблизно через 100 мільйонів років після Великого вибуху. Чорна лінія представляє випадок без формування структури, показаний на рисунку 1. Синя і червона лінії відповідають сценаріям, де структури формувалися з холодної і теплої темної матерії відповідно, як показано на рисунку 1. Джерело: Park et al.
Саме тому майбутні місії, зокрема японська Tsukuyomi, американська CLPS та китайська DSL, розглядають розгортання радіообсерваторій на Місяці. За словами авторів, їхні симуляції дадуть змогу максимально ефективно спланувати ці експерименти. Якщо вдасться виявити ці слабкі сигнали, астрономи вперше зможуть визначити масу частинок темної матерії — і зробити важливий крок до розуміння того, з чого складається більша частина нашого Всесвіту.