Această proprietate a luminii care este absorbită de hidrogenul din jurul galaxiilor timpurii ar putea fi folosită ca o nouă sondă nouă în misterele materiei întunecate și modul în care aceasta a afectat evoluția universului în timpul evurilor întunecate cosmice.
Oamenii de știință au presupus de mult că materia întunecată, o substanță misterioasă care reprezintă aproximativ 85% din materia universului, a jucat un rol important în formarea galaxiilor timpurii. Dar, din moment ce materia întunecată nu interacționează cu lumina (spre deosebire de materia „normală” din care suntem formați stelele, planetele și noi), natura ei rămâne necunoscută. Aceasta înseamnă că rolul exact pe care l-au jucat atunci când galaxiile au început să se formeze reprezintă încă o lacună în modelele cosmologice.
Pentru a investiga acest mister, oamenii de știință de la Universitatea Northeastern din China și Observatoarele Naționale Astronomice ale Academiei Chineze de Științe (NAOC) au propus o nouă sondă care să facă lumină atât asupra naturii materiei întunecate, cât și asupra formării timpurii a galaxiilor.
Legate de: Nu am văzut niciodată materie întunecată și energie întunecată. De ce credem noi că există?
O modalitate posibilă de a investiga particulele care alcătuiesc materia întunecată și masa lor este studierea structurilor la scară mică din univers. Problema apare atunci când încercăm să faceți acest lucru pentru o perioadă numită „zori cosmic”, la aproximativ 380 de milioane de ani după Big Bang, când tocmai se nășteau primele stele. Astfel, au existat puține surse de lumină viabile care să ilumineze această eră străveche pentru astronomi.
Dar au existat atomi în această epocă, sub formă de gaz din cel mai ușor element chimic, hidrogenul. Ca toate elementele, hidrogenul absoarbe lumina în lungimi de undă distincte, lăsând amprenta luminii care trece prin ea.
În căutarea materiei întunecate într-o junglă cosmică
Hidrogenul gazos atomic în și în jurul structurilor minuscule care au existat în timpul zorilor cosmice, care s-a încheiat la aproximativ un miliard de ani după Big Bang, creează linii distincte de absorbție la 21 cm, în domeniul radio al spectrului electromagnetic. În mod colectiv, acestea sunt numite Pădurea de 21 cm, care a fost propusă ca o posibilă sondă a temperaturii gazului și a materiei întunecate în zorii cosmici de mai bine de 20 de ani.
Acesta a rămas însă doar un concept teoretic, datorită faptului că lumina din această eră a călătorit de aproximativ 13,4 miliarde de ani pentru a ajunge la noi. Pe parcurs, a pierdut energie, întinzându-și lungimea de undă și coborându-și frecvența, mișcând-o în jos pe spectrul electromagnetic spre regiunea roșie și mai departe în infraroșu.
Cu cât sursa de lumină este mai departe, cu atât procesul de „deplasare spre roșu” este mai extrem. În absența luminii stelelor, utilizarea pădurii de 21 de centimetri ca sondă de materie întunecată ar necesita vedea surse foarte puternice, cum ar fi quasarii, în zorii cosmici și, prin urmare, la deplasarea spre roșu ridicată. Dar semnalele de la astfel de surse radio ale acestei epoci sunt mai slabe și este dificil să identifici surse de fundal cu deplasare spre roșu atât de mare.
Cu toate acestea, această situație poate fi pe cale să se schimbe. Nu numai că au fost descoperiți recent o serie de quasari cu deplasare în roșu, dar cel mai mare radiotelescop din lume, Square Kilometer Array (SKA), a început construcția în Australia și Africa de Sud în decembrie 2022 și își va deschide în curând ochiul radio sensibil în univers. Acest lucru indică faptul că descoperirea și utilizarea pădurii de 21 de centimetri ar putea fi în curând posibilă.
Legate de: Observatorul SKA: Un ghid pentru cele mai mari radiotelescoape din lume, în curând
Echipa din spatele noului studiu consideră că măsurarea distribuției de energie a pădurii de 21 de centimetri, sau „spectrul energetic” al acesteia, ar face din aceasta o sondă rezonabilă pentru măsurarea simultană a proprietăților materiei întunecate și a istoriei termice a universului.
Acest lucru poate ajuta cercetătorii să facă distincția între modelul de materie întunecată rece al universului – unul cu particule masive de materie întunecată care se mișcă încet în comparație cu viteza luminii – și modelul de materie întunecată fierbinte, cu particule de materie întunecată mai ușoare și mai rapide.
„Măsurând spectrul energetic unidimensional al unei păduri de 21 cm, putem nu numai să facem sonda cu adevărat fezabilă prin creșterea sensibilității, dar și să oferim o modalitate de a distinge între efectele modelelor de materie întunecată caldă și procesul de încălzire timpurie. ”, a spus cercetătorul de la Observatoriile Naționale Astronomice Yidong Xu, autor. contrast cu noul studiu. „Vom putea să omorâm două păsări dintr-o singură piatră!”
Atâta timp cât încălzirea cosmică nu a fost prea intensă în timpul zorilor cosmice, capacitățile de joasă frecvență ale primei etape a proceselor SKA ar trebui să însemne că oamenii de știință pot constrânge masa particulelor de materie întunecată și temperatura gazului. Dacă încălzirea cosmică este prea mare, a doua etapă a SKA va vedea dispozitivul extins, rezultând în utilizarea mai multor surse radio de fundal care prezintă aceleași limitări.
Deoarece utilizarea potențială a Pădurii de 21 cm ca sondă de materie întunecată este legată de observațiile surselor radio cu deplasare spre roșu ridicată, următorul pas în această cercetare este identificarea mai multor surse de radiații radio în timpul zorilor cosmice, inclusiv mai multe surse de radio înalte. quasari și străluciri.Raze gamma.
Aceste surse pot fi apoi urmărite odată ce SKA începe să observe universul în 2027, permițând astronomilor să arunce mai multă lumină asupra misterelor atât ale materiei întunecate, cât și ale primelor galaxii.
Cercetarea echipei este prezentată în numărul din 6 iulie al revistei Nature Astronomy.
„Mândru pasionat al rețelelor sociale. Savant web fără scuze. Guru al internetului. Pasionat de muzică de-o viață. Specialist în călătorii.”
More Stories
Actualizări live de la lansarea Starlink Falcon 9 la KSC
Oamenii de știință dezvoltă un vaccin simplu cu potențialul de a opri viitoarele pandemii: ScienceAlert
Lansarea Boeing Starliner amânată până cel puțin pe 17 mai – Orlando Sentinel