Lågfrekventa radioobservationer skulle kunna göra det möjligt för forskare att skilja mellan flera mörk materiamodeller, tack vare mörk materias inflytande på det tidiga universumet.
Bildtext
Forskare har visat hur en djupt rödförskjuten vätegenskaplig linje skulle kunna avslöja mörk materia. De identifierade även förvirrande signaturer från vanlig, baryonisk materia.
Vissa teorier föreslår att mörk materia interagerar med så kallad mörk strålning. I det tidiga, täta universumet, skulle värmandeffekten av denna interaktion ha varit tillräcklig för stora koncentrationer av mörk materia, kända som halos, att temporärt och upprepat motstå gravitationell kollaps. Dessa cykler av expansion och kollaps, kallade mörka akustiska oscillationer (DAOs), skulle snabbt ha dött ut. Men innan de gjorde det, skulle de ha påverkat början av ”kosmisk gryning”. Detta är när de första galaxerna bildades från primordial gas som drogs in i halos.
Dessa och andra processer modelleras i en ram som kopplar mörk materias egenskaper till stor skala struktur. Verwohlt och hennes kollegor tog denna ram och lade till modeller som tar hänsyn till hur stjärnor också påverkar tidig strukturbildning. Därefter beräknade de hur förhållanden kring kosmisk gryning påverkar en spektrallinje relaterad till spin-flip transitionen i neutrala väteatomer – 21-cm linjen. Teamet drog slutsatsen att HERA – en grupp av radioteleskop i Sydafrika – skulle behöva 540 dagar av observation av den rödförskjutna 21-cm linjen för att forskare ska kunna avgöra inte bara om DAOs existerade, utan också skilja mellan flera mörk materiamodeller.
Källa: Physics 17, s132
J. Verwohlt et al., “Separating dark acoustic oscillations from astrophysics at cosmic dawn,” Phys. Rev. D 110, 103533 (2024).
F. Y. Cyr-Racine et al., “ETHOS—an effective theory of structure formation: From dark particle physics to the matter distribution of the Universe,” Phys. Rev. D 93 (2016).
Taggar: Fysik, kosmologi, mörk materia, kosmisk gryning, radioastronomi, universums tidiga historia, galaxbildning, mörk akustisk oscillation, radioteleskop.
