宇宙始於大約 138 億年前的大爆炸。這是一個非常快速膨脹的時期，大約 40 萬年後，宇宙已經冷卻到足以形成原子的程度。隨著太陽爆炸，它進入了一個漫長而安靜的時期，被稱為“黑暗時代”。這個時期持續了大約一億年，直到最早的恆星和星係出現時才結束。它燃燒並最終開始發光。
儘管這段時間宇宙一片漆黑，但也並非完全安靜。科學家認為，氫原子會發射波長為21厘米的非常微弱的無線電波。這些信號被認為能夠存儲有關宇宙歷史最早時期的有價值的信息。
早期宇宙和暗物質的模擬
筑波大學和東京大學的研究人員使用了先進的數值模擬。探索這個 21 厘米信號在不同暗物質理論下的表現。暗物質是一種看不見的物質形式，約佔宇宙所有物質的 80%。
通過在強大的超級計算機上重建年輕宇宙中氣體和暗物質的結構和運動。該團隊能夠以前所未有的準確度預測黑暗時代無線電波發射的強度。
這些信號可以揭示有關暗物質的什麼信息
模擬表明，黑暗時代的氫氣產生了清晰的信號，當整個天空的平均亮度溫度約為 1 毫開爾文（千分之一度）時。重要的是，暗物質預計會引起類似幅度的信號變化。
因此，測量約 45 MHz 的寬頻率範圍內的整體無線電信號可以提供有關暗物質的重要信息。這包括粒子的質量和速度。
科學家為什麼要觀察月球？
為了探測非常微弱的信號，天文學家希望找到一個不受地球大氣層和人類技術干擾的位置。即將到來的幾個月球任務包括日本的月讀計劃。出於這個原因，我們的目標是在月球上放置一台射電望遠鏡。
如果這些月球儀器成功捕獲古代無線電信號，它們可以提供一種強大的新方法來探測暗物質的性質。加深我們對宇宙如何開始的理解。
資助和致謝
HP 的部分支持由 NSF PHY-2309135 授予 Kavli 理論物理研究所 (KITP) 的資助。紐約州承認 JSPS 國際領先研究 23K20035 RB 的財政支持，紐約州承認 JSPS 邀請獎學金 S24099。
