Рига: -4.8°С
Эпоха без звёзд: космическая тишина и её секреты
Вселенная, пережившая Большой взрыв, вступила в продолжительный период, который астрономы условно называют «Тёмными веками». Этот этап, растянувшийся на сотни миллионов лет после рождения космоса, характеризуется отсутствием звёзд и галактик — лишь разреженный газ, состоящий преимущественно из атомов водорода, заполнял пространство. Однако, как полагают учёные, даже в этой, казалось бы, абсолютной темноте, космос не был немым. Исследователи активно ищут слабые отголоски тех времён, которые могут нести ключ к одной из величайших загадок современной физики — природе тёмной материи.
21-сантиметровое «эхо» и роль водорода
Главным кандидатом на роль такого древнего сигнала является радиоизлучение на длине волны 21 сантиметр, испускаемое нейтральным водородом. Когда Вселенная остыла достаточно, чтобы сформировались атомы (примерно через 400 000 лет после Большого взрыва), этот процесс оставил после себя слабое, но вездесущее тепловое «эхо». Учёные, в частности группы из Университета Цукубы и Токийского университета, используют передовое численное моделирование, чтобы понять, как именно этот сигнал должен был выглядеть.
Согласно расчётам, общий фон этого излучения должен иметь температуру яркости около 1 милликельвина — то есть одну тысячную долю градуса Цельсия. Однако для разгадки природы тёмной материи важны не столько средние значения, сколько вариации в этом сигнале. Тёмная материя, составляющая около 80% всей материи во Вселенной, должна была влиять на распределение водорода и его температуру, оставляя свои характерные следы в этих флуктуациях.
Тёмная материя: невидимый каркас раннего космоса
Тёмная материя остаётся загадочной, поскольку она не взаимодействует с электромагнитными волнами: не излучает, не поглощает и не отражает свет. Её присутствие выводится исключительно через гравитационное воздействие на видимое вещество и крупномасштабную структуру космоса. В эпоху Тёмных веков именно гравитационные «сгустки» тёмной материи служили невидимыми каркасами, вокруг которых позднее начали конденсироваться первые сгустки барионного газа, которые в итоге станут звёздами и галактиками.
«Моделирование ранней Вселенной и темной материи» показывает, что если бы тёмная материя обладала определёнными свойствами (например, иной массой или механизмом взаимодействия), это бы изменило плотность и распределение водорода в тот период, что, в свою очередь, проявилось бы в специфических отклонениях от среднего 21-сантиметрового сигнала. Измерение этих отклонений может стать прямым способом изучения свойств этой неуловимой субстанции, вместо того чтобы полагаться только на её гравитационные эффекты в уже сформировавшихся галактиках.
От теории к наблюдению: современные поиски
Хотя идея использования 21-сантиметрового излучения не нова, современные вычислительные мощности позволяют проводить моделирование с беспрецедентной точностью, делая эксперименты по его поиску более осмысленными. Работа исследовательской группы, о которой сообщалось в начале 2026 года, подчёркивает, что это направление является одним из приоритетных в современной космологии.
Параллельно с поиском сигналов из самых ранних эпох, астрономы продолжают фиксировать косвенные свидетельства существования тёмной материи. Например, наблюдения за столкновениями гигантских скоплений галактик, таких как MACS J0018.5+1626, демонстрируют, как обычное вещество (газ) замедляется при взаимодействии, в то время как невидимая тёмная материя пролетает сквозь «столкновение» практически без помех, подобно грузу, не пристёгнутому в машинах, которые столкнулись. Однако такой метод даёт информацию о поведении тёмной материи в более поздних, уже сформировавшихся структурах.
Прорыв или ожидание?
Обнаружение и точная характеристика слабых флуктуаций 21-сантиметрового сигнала из Тёмных веков, если оно будет подтверждено, может стать революционным шагом. Оно позволит проверить гипотезы о составе тёмной материи — является ли она «холодной» (медленно движущейся) или «тёплой», как это предполагается в некоторых моделях, возникших ещё в 1980-х годах для объяснения изотропности реликтового излучения. В настоящее время, хотя поиск продолжается, прямое обнаружение этого «древнего радио» остаётся сложной технической задачей, требующей максимальной чувствительности наземных телескопов. Научное сообщество с нетерпением ожидает, когда эта невидимая ткань Вселенной, определяющая её структуру, может быть косвенно «освещена» радиоволнами, идущими из самой зари мироздания.
Следите за новостями на других платформах: