Međunarodni tim istraživača proveo je napredne računalne simulacije koje upućuju na to da bi slabi radijski signali iz ranog svemira, koje će u skoroj budućnosti promatrati misije na udaljenoj strani Mjeseca, mogli otkriti temeljna svojstva tamne tvari.
Tamna tvar čini oko 80 posto ukupne mase svemira iako je ne možemo izravno detektirati jer ne emitira, ne apsorbira niti reflektira svjetlost. Preostalih 20 posto otpada na običnu, vidljivu tvar, zvijezde, planete i plin. Unatoč nevidljivosti, tamna tvar presudna je za formiranje galaksija i oblikovanje velike kozmičke strukture.
Jedno od ključnih pitanja moderne fizike jest masa čestica koje čine tamnu tvar. Ako su te čestice vrlo lagane, manje od 5 posto mase elektrona, tada se radi o toploj tamnoj tvari koja sprječava nastanak manjih struktura od galaksija. Ako su pak masivnije, riječ je o hladnoj tamnoj tvari koja potiče rast manjih kozmičkih struktura.
Astronomi već desetljećima pokušavaju procijeniti masu čestica tamne tvari proučavanjem sitnih kozmičkih struktura sastavljenih od plina i zvijezda. Ovi podaci ključni su i za fiziku elementarnih čestica jer omogućuju razvoj teorijskih modela tamne tvari.
Novo istraživanje, objavljeno u časopisu Nature Astronomy, usredotočilo se na male oblake plina koji su postojali tijekom tzv. kozmičkog mračnog doba, prvih 100 milijuna godina nakon Velikog praska, prije nastanka zvijezda i galaksija.
Za razliku od kasnijih epoha, kada stvaranje i razvoj zvijezda uključuju složene i nedovoljno razumljene procese, razdoblje prije njih omogućilo je istraživačima da precizno simuliraju rane kozmičke strukture.
Simulacije i otkrivanje signala
Rezultati simulacija pokazali su kako se plin hladio širenjem svemira te istodobno stvarao nakupine kroz gravitacijsku interakciju s tamnom tvari. U tim se nakupinama plin zgušnjavao i zagrijavao zbog kompresije. Ove promjene gustoće i temperature odražavale su se u 21-centimetarskom radijskom zračenju atoma vodika.
Istraživači su modelirali taj drevni signal i otkrili da njegova prosječna jačina uvelike ovisi o tome je li tamna tvar topla ili hladna. Razlika u očekivanoj svjetlini signala manja je od jednog milikelvina, ali bi upravo ta nijansa mogla omogućiti budućim mjerenjima s Mjeseca razlikovanje između ta dva scenarija.
Očekuje se da će signal iz Kozmičkog mračnog doba biti prisutan na frekvencijama od 50 MHz i nižima. Na Zemlji je ovo područje spektra gotovo neupotrebljivo jer je snažno kontaminirano umjetnim radijskim emisijama i zaklonjeno ionosferom. Suprotno tome, udaljena strana Mjeseca nudi iznimno mirno radijsko okruženje, zaštićeno od zemaljskih smetnji, i smatra se idealnim mjestom za detekciju tog signala.
Izgradnja radijskih opservatorija na Mjesecu suočava se s velikim tehnološkim i financijskim preprekama. Ipak, sve veći broj država ulaže u takve projekte u sklopu nove svemirske utrke koja spaja znanstvene ciljeve i tehnološki razvoj.
Japan aktivno razvija projekt Tsukuyomi, čiji je plan postavljanje radijskih antena na Mjesecu. Prema autorima studije, njihovi rezultati pružaju ključne teorijske smjernice koje bi trebale pomoći da se znanstveni učinak budućih misija maksimalno iskoristi.
Ako planovi budu uspješni, tijekom idućih desetljeća moglo bi postati moguće odrediti masu čestica tamne tvari pomoću opažanja s Mjeseca, čime bi se napravio značajan iskorak u razumijevanju jednog od najvećih neriješenih problema suvremene fizike.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
