In einer Entdeckung, die ein neues Fenster in eines der größten Geheimnisse der Physik öffnen könnte, haben Forscher von Universität Tel Aviv haben seit Anbeginn der Zeit vorhergesagt, was wir finden könnten, wenn wir uns auf Radiowellen einstellen. Ihre neue Studie unter der Leitung von Prof. Rennan Barkana von der Sackler School of Physics and Astronomy und veröffentlicht im Tagebuch Naturastronomiedeutet darauf hin, dass dunkle Materie im frühen Universum „dichte Klumpen“ bildete, was Wasserstoffgas dazu zwang, ein starkes, kumulatives Radiosignal auszusenden. Dies ist wichtig, weil es einen theoretischen Fahrplan für die Entdeckung dunkler Materie liefert, nicht indem man sie sieht, sondern indem man ihren tiefgreifenden Einfluss auf die ersten Atome des Universums *hört*, und eine Möglichkeit bietet, sie in ihrem ursprünglichen, unberührten Zustand zu untersuchen.
Ein Fenster in das kosmische „dunkle Zeitalter“
Die meisten unserer Nachrichten über das frühe Universum stammen vom James Webb-Weltraumteleskop der NASA, das etwa 300 Millionen Jahre nach dem Urknall das Licht der ersten Galaxien entdeckt. Diese neue Forschung drängt jedoch noch weiter zurück in eine mysteriösere und frühere Ära: die „Kosmische dunkle Zeitalter.“ Dieser Zeitraum, nur 100 Millionen Jahre nach dem Urknall, war eine Zeit, bevor sich ein einzelner Stern gebildet hatte. Das Universum war eine dunkle, unsichtbare Suppe aus zwei Hauptbestandteilen: Wasserstoffgas und der mysteriösen dunklen Materie, von der wir wissen, dass sie den größten Teil der Materie im Kosmos ausmacht.
Wie man das Unsichtbare erkennt
Dunkle Materie kann man nicht direkt sehen. Wie lernt man es also? Die Forscher führten Computersimulationen durch, um seine Signatur zu finden. Sie sagen voraus, dass die Dunkle Materie im Dunklen Zeitalter nicht gleichmäßig verteilt war. Es sammelte sich dichte Klumpenoder „Nuggets“, deren Größe und Form von den unbekannten Eigenschaften der Dunklen Materie selbst abhängt. Diese Klumpen sind zwar unsichtbar, ihre Schwerkraft jedoch nicht. Sie hätten das reichlich vorhandene Wasserstoffgas, das das Universum erfüllte, kraftvoll angesaugt. Als dieses Gas in den gravitativen Griff der Dunklen Materie geriet, hätte es intensive Radiowellen ausgesendet. Während das Signal eines einzelnen Klumpens zu schwach ist, sagt das Team voraus, dass dies der Fall ist „kumulativer Effekt“ All diese Klumpen würden eine erkennbare „durchschnittliche Radiointensität“ über den gesamten Himmel erzeugen. Das Abhören dieses Signals könnte uns Aufschluss über die Klumpen geben, die es erzeugt haben, und damit über die Natur der Dunklen Materie selbst. Es gibt natürlich einen Haken. Von der Erde aus kann man diesen alten kosmischen Radiosender nicht hören. Die spezifischen Radiowellen aus dem dunklen Zeitalter sind durch die Atmosphäre unseres Planeten blockiert. Um uns darauf einzustellen, bräuchten wir ein Radioteleskop im Weltraum, und der bestmögliche Standort ist der Mond. Die Mondoberfläche bietet den perfekten Abhörposten: Sie hat keine Atmosphäre, die das Signal blockieren könnte, und, was genauso wichtig ist, sie ist vor dem ständigen, ohrenbetäubenden Lärm der von Menschen verursachten Funkstörungen durch unsere eigenen Mobiltelefone, WLAN und Satelliten abgeschirmt. Diese einst reine Science-Fiction-Idee ist plötzlich plausibel. Ein neues globales Mondrennen ist im Gange, bei dem die USA, Europa, China und Indien alle neue Mondmissionen planen und aktiv nach wichtigen wissenschaftlichen Zielen dafür suchen. Das „kosmische dunkle Zeitalter“ endete schließlich mit der „kosmischen Morgendämmerung“, als die ersten Sterne brannten. Das Licht dieser ersten Sterne dramatisch verstärkte das ursprüngliche Funksignalwodurch es viel stärker wird. Dieses lautere, spätere Signal ist es, was massive neue bodengestützte Teleskope wie die … ausmacht Quadratkilometer-Array (SKA) in Australien werden gebaut, um zu finden. Die SKA, eine globale Zusammenarbeit mit 80.000 Antennen, wird versuchen, dieses verstärkte Signal zu kartieren, um herauszufinden, wo sich die ersten Sterne und Klumpen dunkler Materie befanden. Der Kompromiss ist einfach: Das Signal der „kosmischen Morgendämmerung“ ist lauter, aber auch „schwerer zu interpretieren“, wie Prof. Barkana anmerkt, weil die Sterne selbst ihr eigenes komplexes Rauschen hinzufügen. Die „kosmischen dunklen Zeitalter“ hingegen sind a „makelloses Labor“– der Einzige, der jemals existieren wird. Es ist unsere einzige Chance, das Verhalten der Dunklen Materie in ihrem ursprünglichen Zustand zu untersuchen, bevor das restliche Feuerwerk des Universums losging und die Beweise „kontaminierte“.
