Tamna materija je nevidljiva za sve naše instrumente, ali to ne znači da je nema. Dovoljno velik radio teleskop trebao bi biti u mogućnosti preslikati zračenje iz pregalaktičkog vodika koji je formiran nedugo nakon velikog praska i biti vidljiv u svim smjerovima. Svaka tamna tvar koja intervenira iskrivit će to zračenje, poput valovanja u ribnjaku, otkrivajući njegovu prisutnost i količinu.
Dok nam svjetlost putuje iz udaljenih objekata, njezin je put blago skrenut gravitacijskim efektima stvari koje prolaze. Taj je efekt prvi put primijećen 1919. godine za svjetlost udaljenih zvijezda koje prolaze blizu površine Sunca, dokazujući da je Einsteinova teorija gravitacije bolji opis stvarnosti od Newtonove. Savijanje uzrokuje otkrivanje izobličenja slika udaljenih galaksija analogno izobličenju udaljenog prizora gledanog kroz loše okno ili odraženog u iskrivljenom jezeru. Jačina izobličenja može se upotrijebiti za mjerenje jačine gravitacije prednjih predmeta i samim tim njihove mase. Ako su mjerenja izobličenja dostupna za dovoljno velik broj udaljenih galaksija, one se mogu kombinirati kako bi se napravila mapa cijele mase prednjeg plana.
Ova je tehnika već proizvela precizna mjerenja tipičnih masa povezanih s prednjim galaksijama, kao i mapa masa za brojne pojedinačne galaksije. Ipak trpi neka temeljna ograničenja. Čak i veliki teleskop u svemiru može vidjeti samo ograničen broj pozadinskih galaksija, maksimalno oko 100 000 na svakom komadu neba, veličine Punog Mjeseca. Za otkrivanje signala gravitacijskog izobličenja potrebno je prosječno mjeriti oko 200 galaksija, tako da je najmanja površina za koju se može zamisliti masa oko 0,2% od punog Mjeseca. Rezultirajuće slike neprihvatljivo su zamagljene i previše su zrnate za mnoge svrhe. Na primjer, na takvim kartama s bilo kakvim povjerenjem mogu se primijetiti samo najveći krupni materijali (najveći klasteri galaksija). Drugi je problem što mnoge udaljene galaksije čiji se izobličenje mjeri mjeri nalaze se ispred mnogih gomila mase koje bi netko želio preslikati, a na njih gravitacija ne utječe. Za izradu oštre slike mase u određenom smjeru potrebni su udaljeniji izvori i zahtijeva ih mnogo više. Znanstvenici MPA-e Ben Metcalf i Simon White pokazali su da radio emisija koja nam dolazi iz epohe prije formiranja galaksija može pružiti takve izvore.
Otprilike 400.000 godina nakon Velikog praska, svemir se dovoljno ohladio da se gotovo sva njegova obična tvar pretvorila u difuzni, gotovo jednolični i neutralni plin vodika i helija. Nekoliko stotina milijuna godina kasnije gravitacija je pojačala nejednolike do točke u kojoj su se mogle formirati prve zvijezde i galaksije. Njihova ultraljubičasta svjetlost tada je difuzni plin ponovo zagrijala. Tijekom ovog ponovnog zagrijavanja i duže vrijeme prije njega, difuzni vodik bio je topliji i hladniji od zračenja preostalog od Velikog praska. Kao rezultat toga, mora apsorbirati ili emitirati radio valove valne duljine 21 cm. Širenje Svemira uzrokuje da to zračenje danas bude vidljivo na valnim duljinama od 2 do 20 metara, a trenutno se izrađuje niz radiofrekvencija niske frekvencije. Jedan od najnaprednijih je nizfrekventni niz (LOFAR) u Nizozemskoj, projekt u kojem Institut za astrofiziku Max Planck planira preuzeti značajnu ulogu, zajedno s nizom drugih njemačkih institucija.
Pregalaktički vodik ima strukture svih veličina koje su prethodnice galaksija, a ima i do 1000 tih struktura na različitim udaljenostima uz svaku vidnu liniju. Radio-teleskop može ih razdvojiti jer strukture na različitim udaljenostima daju signale na različitim promatranim valnim duljinama. Metcalf i White pokazuju da bi gravitacijsko izobličenje tih struktura omogućilo radioteleskopu da proizvede slike visoke rezolucije raspodjele kozmičke mase koje su više od deset puta oštrije od najboljih koje se mogu napraviti pomoću izobličenja galaksije. Objekt sličan masi našem mliječnom putu mogao bi se detektirati sve do vremena kada je Svemir imao samo 5% svoje sadašnje dobi. Takvo snimanje visoke rezolucije zahtijeva izuzetno veliki teleskopski niz, gusto pokrivajući područje oko 100 km. Ovo je 100 puta veća od planirane za gusto pokriveni središnji dio LOFAR-a, i oko 20 puta veća od gusto prekrivene jezgre polja Square Kilometer (SKA), najvećeg takvog objekta o kojem se trenutno raspravlja. Takav džinovski teleskop mogao bi preslikati cjelokupnu gravitacijsku raspodjelu mase Svemira, pružajući konačnu usporednu kartu za slike proizvedene drugim teleskopima koji ističu samo mali dio mase koji emitira zračenje koje mogu detektirati.
No, ne moramo čekati da džinovski teleskop dobije neusporedive rezultate ove tehnike. Jedno od najvažnijih pitanja trenutne fizike jest bolje razumijevanje misteriozne Mračne energije koja trenutno pokreće ubrzano širenje Svemira. Metcalf i White pokazuju da bi mapa mase velikog dijela neba izrađena instrumentom poput SKA mogla mjeriti svojstva Tamne energije preciznije nego bilo koja prethodno predložena metoda, više od 10 puta preciznije od mapa sličnih veličina na temelju gravitacijskog izobličenja optičkih slika galaksija.
Izvorni izvor: Izdanje Vijesti Instituta Maxa Plancka za astrofiziku
