Ученые оценили влияние лунного реголита на поиски сигнала Темных веков Вселенной

Международная группа астрофизиков представила результаты моделирования, посвященного изучению помех при регистрации 21-сантиметрового излучения эпохи космических Темных веков. Работа опубликована в репозитории arXiv (препринт 2607.11929).

Сигнал на длине волны 21 см, испущенный нейтральным водородом в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва, считается перспективным инструментом для изучения ранней Вселенной. Однако на Земле эти низкочастотные радиоволны сильно искажаются ионосферой и техногенными помехами, поэтому идеальной площадкой для наблюдений считается обратная сторона Луны — самое радио-спокойное место во внутренней части Солнечной системы.

Основной проблемой остаются яркие синхротронные источники на тех же частотах, которые создают мощный фон. Ожидается, что этот фон спектрально гладкий и его можно отделить от слабого сигнала Темных веков. Но на практике из-за инструментальных эффектов в спектре фона возникают дополнительные структуры, «загрязняющие» наблюдаемое окно.

Авторы работы количественно оценили такое загрязнение для набора смоделированных интерферометрических наблюдений с разными антенными диаграммами и моделями неба. Особое внимание уделили влиянию свойств лунного реголита — верхнего слоя грунта. Для этого сравнили две модели антенн: с однослойной и четырехслойной подложкой под антенной.

Результаты показали, что диэлектрические свойства реголита способны вносить нежелательные спектральные особенности в диаграмму направленности антенны. Это может помешать подавлению фонового излучения до требуемого уровня. Детальное поведение спектра зависит от используемой модели грунта.

Как отмечают ученые, полученные данные подчеркивают необходимость точного моделирования как самого фонового излучения, так и свойств лунного реголита для будущих экспериментов по космологии эпохи Темных веков. Результаты помогут в разработке конструкции лунных радиотелескопов, которые в перспективе могут быть размещены на обратной стороне Луны.