宇宙中的第一個無線電波可能揭示暗物質

特拉維夫大學薩克勒物理與天文學學院的 Rennan Barkana 教授領導的這項工作獲得了博士學位。學生 Sudipta Sikder 和來自日本、印度和英國的貢獻者。他們的研究結果發表在 自然天文學。

從月球探索宇宙黑暗時代

研究人員表示，可以通過探測曾經充滿宇宙的氫氣發出的無線電波來探索宇宙黑暗時代（第一批恆星形成之前的時期）。儘管日常天線很容易檢測到無線電波，但來自遠古時代的信號卻被地球大氣層阻擋。太空中需要研究它們的工具，特別是在月球上，那裡沒有大氣層和人為乾擾提供了理想的條件。

在月球表面建造望遠鏡是一項艱鉅的任務，但時機可能是正確的。一場重返月球的全球競賽正在進行，美國、歐洲、中國和印度啟動了新的探月任務。這些機構正在為未來的月球項目尋找有意義的科學目標，這項新研究凸顯了基於月球的射電天文學研究早期宇宙的潛力。

探索第一顆恆星出現之前的宇宙

巴卡納教授解釋說：“美國宇航局的新詹姆斯·韋伯太空望遠鏡發現了遙遠的星系，在那裡我們接收到來自大爆炸後約3億年的早期星系的光。我們的新研究調查了一個更早、更神秘的時代：宇宙黑暗時代，距大爆炸僅1億年。第一批恆星和星系。這些暗物質塊的預測大小取決於未知的屬性，因此它可以幫助澄清 它，但不能直接看到它們。然而，這些暗物質團結合了氫氣並發射出更強的無線電波。我們預測，所有這些的累積效應可以通過測量天空中平均無線電強度的無線電天線來檢測到。”

這些模擬表明，來自黑暗時代的無線電信號無論多麼微弱，都包含有關促進星系形成的隱形結構的寶貴線索。探測它們可能會改變我們對宇宙早期的理解。

從宇宙黑暗時代到群星黎明

儘管預期的信號很弱，但良好的觀察可以打開檢驗暗物質理論的新窗口。當第一顆恆星不久後出現時，即所謂的“宇宙黎明”階段，它們的光可能極大地放大了無線電發射。來自那個晚期時代的信號應該更容易用地面望遠鏡探測到，儘管由於恆星形成的複雜性增加而更難以解釋。

為了應對這一挑戰，科學家們正在轉向大量射電望遠鏡，旨在繪製宇宙射電強度的微妙變化。其中最大的努力之一是平方公里陣列 (SKA)，這是一項全球合作夥伴關係，涉及目前正在澳大利亞建造的由 80,000 個無線電天線組成的陣列。巴卡納教授在這個國際項目中發揮著關鍵作用，該項目旨在捕捉強和弱無線電發射的模式，從而揭示暗物質簇曾經存在的位置。

了解暗物質起源的新窗口

該團隊相信他們的預測可以為理解暗物質提供重要的一步。如今，暗物質與星系和恆星混合在一起，其特性很難分離。相比之下，早期宇宙提供了一個原始的環境——本質上是一個未受破壞的實驗室——來研究暗物質的行為，而不受後來宇宙結構的干擾。

巴卡納教授總結道：“就像舊的廣播電台正在被創建網站和播客的新技術所取代一樣，天文學家正在擴大射電天文學的範圍。當科學家打開新的觀察之窗時，通常會取得令人驚訝的發現。物理學的聖杯是發現暗物質的特性，暗物質是最神秘但非物質的物質。我們知道我們不知道宇宙的大部分物質。自然和 屬性。可以理解的是，天文學家渴望開始調諧早期宇宙的宇宙無線電頻道。”