Този нов телескоп може да открие разпадащата се тъмна материя в ранната Вселена
Водородът е най-разпространеният детайл във Вселената. С огромна разлика. Над 90% от атомите във Вселената са водородни. Това е 10 пъти повече от атомите на хелия и 100 пъти повече от всички останали детайли, взети дружно. Той е на всички места – от водата в океаните до най-ранните стадии на Вселената. За благополучие на астрономите целият този безпристрастен водород може да излъчва тъкмо избрана слаба емисионна линия на радиоизлъчване.
Тя е известна като линията H I на водорода или 21-сантиметровата линия. Водородът се състои от един електрон, обвързван с един протон. Когато спиновете им са ориентирани еднообразно, водородът има малко повече сила, в сравнение с когато спиновете им са ориентирани противоположно. Затова електронът може да извърши превръщане на спина и да освободи малко сила под формата на фотон. Не е належащо водородът да бъде прегрят или йонизиран, с цел да направи това. Това може да се случи непринудено. Следователно на всички места, където има облаци от водород, можете да сте сигурни, че те излъчват радиоизлъчване на 21 сантиметра.
Тъй като емисионната линия има доста характерна дължина на вълната, можем да я използваме за премерване на относителното придвижване или космологичното алено отместване на водорода. Едно от първите приложения на този способ бе измерването на придвижването на водорода в Млечния път и в други близки галактики, което разреши на Вера Рубин да открие тъмната материя. Сега ново проучване демонстрира по какъв начин една 21-сантиметрова линия може да ни даде първото доказателство за съществуването на частици тъмна материя.
Изследването се концентрира върху радиотелескопа Hydrogen Epoch of Reionisation Array (HERA), ситуиран в Южна Африка и изключително подобаващ за наблюдаване на водорода в ранната Вселена. След като проработи, HERA ще картографира широкомащабната конструкция на водорода по време на галактическите тъмни епохи и галактическата зора – времето сред затихването на първичното огнено кълбо на Големия гърмеж и появяването на първите звезди и галактики. През този интервал космосът е изпълнен с тъмна материя и топли облаци от водороден газ.
Ако тъмната материя е в действителност неутрална и взаимодейства с материята и лъчението единствено гравитационно, то тогава 21-сантиметровото излъчване е всъщност единственото излъчване, предавано през този интервал. Най-популярният модел на тъмната материя обаче включва частици, известни като WIMP. Неутралните частици на тъмната материя са доста по-тежки от частиците на елементарната материя, като протоните и електроните. В някои частици на тъмната материя тези WIMP от време на време се разпадат във тип на елементарна материя, създавайки гърмеж от енергийни позитрони и електрони или протони и антипротони. Ако това е в действителност по този начин, тези енергийни разпадащи се частици биха взаимодействали с 21-сантиметровото лъчение.
Въз основа на наблюденията на галактическия микровълнов декор и други проучвания знаем, че WIMP би трябвало да имат доста дълъг интервал на полуразпад. Досега не сме видели доказателства за разпад на тъмната материя, което значи, че или WIMP не съществуват, или интервалът им на полуразпад е доста по-дълъг от един трилион години. Новото проучване демонстрира, че даже в случай че WIMP-ите имаха хиляда пъти по-дълъг интервал на полуразпад, HERA щеше да може да открие въздействието им върху ранната 21-сантиметрова линия. И би имала задоволително данни за това след към 1000 часа наблюдения.
Дори в случай че HERA не открие доказателства за разпад на тъмната материя, това въпреки всичко ще бъде огромна крачка напред. Нейните ограничавания за времето на полуразпад на тъмната материя ще бъдат задоволително мощни, с цел да изключат някои модели на WIMP и да разширят обсега на оставащите модели.
