Un débil signo del universo primitivo podría revelar la materia oscura

El universo comenzó hace aproximadamente 13.8 mil millones de años con el Big Bang, un momento de expansión extremadamente rápida. Aproximadamente 400,000 años después, tras enfriarse lo suficiente para que se formaran átomos, entró en una fase larga y silenciosa conocida como las "Edades Oscuras". Este período duró alrededor de 100 millones de años, finalizando solo cuando las primeras estrellas y galaxias comenzaron a brillar.

A pesar de que el universo estaba oscuro durante este tiempo, no fue completamente silencioso. Los científicos creen que los átomos de hidrógeno emitieron ondas de radio muy débiles con una longitud de onda de 21 cm. Se piensa que estas señales preservan información valiosa sobre las etapas más tempranas de la historia cósmica.

Simulando el universo temprano y la materia oscura

Utilizando simulaciones numéricas avanzadas, investigadores de la Universidad de Tsukuba y de la Universidad de Tokio exploraron cómo podría comportarse esta señal de 21 cm bajo diferentes teorías de materia oscura. La materia oscura es una forma de materia no visible que constituye aproximadamente el 80% de toda la materia en el universo.

Al recrear la estructura y el movimiento del gas y la materia oscura en el joven universo en potentes supercomputadoras, el equipo de investigación pudo predecir la intensidad de la emisión de radio durante las Edades Oscuras con una precisión sin precedentes.

Qué podría revelar la señal sobre la materia oscura

Las simulaciones sugieren que el gas de hidrógeno durante las Edades Oscuras produjo una señal distintiva con una temperatura de brillo de aproximadamente 1 milikelvin (una milésima de grado) cuando se promedió en todo el cielo. Es importante destacar que se espera que la materia oscura cause variaciones en esta señal de un tamaño similar.

Medir la señal de radio general en un amplio rango de frecuencias de aproximadamente 45 MHz podría, por lo tanto, proporcionar información crítica sobre la materia oscura, incluyendo la masa y la velocidad de sus partículas.

Por qué los científicos miran hacia la Luna

Para detectar una señal tan débil, los astrónomos necesitan un lugar libre de interferencias causadas por la atmósfera terrestre y la tecnología humana. Varios proyectos lunares próximos, incluido el Proyecto Tsukuyomi de Japón, tienen como objetivo colocar telescopios de radio en la Luna por esta razón.

Si estos instrumentos lunares logran captar la antigua señal de radio, podrían ofrecer una nueva forma poderosa de investigar la naturaleza de la materia oscura y profundizar nuestra comprensión de cómo comenzó el universo.

Financiamiento y agradecimientos

H.P. recibió apoyo en parte por la subvención NSF PHY-2309135 al Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP). N.Y. reconoce el apoyo financiero de JSPS International Leading Research 23K20035. R.B. y N.Y. reconocen la JSPS Invitational Fellowship S24099.