Uluslararası bir araştırma işbirliği, erken evrendeki zayıf radyo sinyallerinin yakında ayın uzak tarafındaki görevlerden gözlemleneceğini araştırmak için gelişmiş bilgisayar simülasyonlarını kullandı.
Yıldızları, gezegenleri ve görebileceğimiz her şeyi oluşturan sıradan madde, evrendeki tüm maddelerin sadece% 20’sini oluşturuyor. Kalan% 80’inin karanlık bir madde olduğuna inanılıyor: ışığı yaymayan, emmeyen veya yansıtmayan ve gerçek doğası modern fizikteki en büyük çözülmemiş sorunlardan biri olmaya devam eden gizemli bir madde. Görünmezliğine rağmen, karanlık maddenin Samanyolu gibi galaksilerin oluşumunda ve evrenin büyük ölçekli yapısını şekillendirmede hayati bir rol oynadığı bilinmektedir.
Karanlık maddenin temel özelliklerinden biri, kurucu parçacıklarının kütlesidir. Bu parçacıklar, elektron kütlesinin yaklaşık% 5’inden daha azı gibi nispeten hafifse, karanlık madde sıcak kabul edilir ve galaksilerden daha küçük yapıların oluşumunu inhibe eder. Bununla birlikte, partiküller daha ağırsa, karanlık madde soğuk olarak sınıflandırılır, bu da daha küçük ölçekli yapıların büyümesini teşvik eder.
Gökbilimciler uzun zamandır gaz ve yıldızlardan oluşan küçük ölçekli yapıları inceleyerek karanlık madde parçacık kütlesini belirlemeye çalışmışlardır, çünkü bu bilgiler parçacık fizikçilerinin karanlık maddenin teorik modellerini geliştirmesi için çok önemlidir.
Yeni çalışma, yayınlanan Doğa AstronomiKozmik Karanlık Çağlar boyunca var olan küçük gaz bulutlarına odaklanmıştır, yıldız ve galaksilerin oluşumundan önceki büyük patlamadan sonraki ilk 100 milyon yıl.
Ekip, Tokyo Üniversitesi Tokyo Üniversitesi Kavli Kavli Enstitüsü (Kavli IPMU, WPI) proje araştırmacısı olarak zamanında Tsukuba Post doktora sonrası Hyunbae Park tarafından yönetildi ve Kavli IPMU Profesörü ve Max Planck Enstitüsü’nü Astrofizliler Naokida Enstitüsü’nü içeriyordu.
Yıldızların ve galaksilerin oluşumu ve evrimi karmaşık ve zayıf anlaşılmamış süreçleri içerdiğinden, davranışlarını doğru bir şekilde simüle etmek, modern hesaplamalı astrofizikte büyük bir zorluk olmaya devam etmektedir. Bu karmaşıklıklar ortaya çıkmadan önce bir dönemi hedefleyerek, araştırmacılar eşi görülmemiş bir hassasiyetle erken kozmik yapıları simüle edebildiler.
Simülasyon sonuçları (bkz. Şekil 1), karanlık yaşlarda karanlık madde ile yerçekimi etkileşimi yoluyla küçük gaz kümeleri geliştirirken evren genişledikçe gazın yavaş yavaş nasıl soğuduğunu ortaya koydu. Bu kümelerdeki gaz ortalama evrenden çok daha yoğunlaştı ve sıkıştırma nedeniyle ısıtıldı. Yoğunluk ve sıcaklıktaki bu varyasyon, hidrojen atomlarından 21 santimetre radyo emisyonunda basılmıştır.
Ekip, bu antik sinyali ilkel gaz bulutlarından modelledi ve gökyüzü ortalamalı gücünün, karanlık maddenin sıcak veya soğuk olup olmadığına hassas bir şekilde bağlı olduğunu buldu (Şekil 2). Araştırmacılara göre, bu fark gelecekteki ay deneylerinin rakip karanlık madde senaryoları arasında ayrım yapmasına izin verebilir.
Karanlık Ages sinyalinin, karakteristik bir frekans modülasyonu ile 50 MHz veya daha düşük frekanslarda görünmesi beklenmektedir ve iki karanlık madde senaryosu arasındaki fark, parlaklık sıcaklığında bir Milli-Kelvin’den daha azdır.
Bu frekanslar, dünyadaki insan yapımı sinyaller tarafından ağır bir şekilde kontamine edilir ve iyonosfer tarafından daha da gizlenir, bu da yer tabanlı gözlemevlerinden gelen sinyali tespit etmeyi neredeyse imkansız hale getirir. Buna karşılık, ayın uzak tarafı, karasal parazitten korunan bir radyo-sessiz ortamı sunar ve zor karanlık yaş sinyalini tespit etmek için ideal bir yer olarak kabul edilir (Şekil 3).
Ay üzerinde radyo gözlemevleri inşa etmek büyük teknolojik ve finansal zorluklar doğursa da, bilimsel hırsları teknolojik ilerlemeyle birleştirerek yeni uzay yarışının bir parçası gibi artan sayıda ülke peşinde koşuyor. Bu büyüyen uluslararası ivme ile, önümüzdeki on yıllarda ay bazlı gözlemler yoluyla karanlık madde parçacıklarının kütlesini belirlemek mümkün olarak kabul edilmektedir. Bu uluslar arasında Japonya, radyo antenlerini aya yerleştirmeyi planlayan Tsukuyomi projesini aktif olarak geliştiriyor.
Ekibin araştırması, bu gelecekteki görevler için bilimsel getirilerini en üst düzeye çıkarmak için temel teorik rehberlik sunmaktadır.
