المادة المظلمة غير مرئية لجميع أدواتنا ، ولكن هذا لا يعني أنها غير موجودة. يجب أن يكون التلسكوب الراديوي الكبير بما يكفي قادرًا على رسم خريطة الإشعاع الناتج عن الهيدروجين pragactic - الذي تم تشكيله بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم ، ومرئيًا في جميع الاتجاهات. أي مادة مظلمة متداخلة سوف تشوه هذا الإشعاع ، مثل التموجات في البركة ، تكشف عن وجودها وكميتها.
عندما ينتقل الضوء إلينا من أجسام بعيدة ، ينحني مساره قليلاً بسبب التأثيرات الجاذبية للأشياء التي يمر بها. لوحظ هذا التأثير لأول مرة في عام 1919 لضوء النجوم البعيدة التي تمر بالقرب من سطح الشمس ، مما يثبت أن نظرية جاذبية أينشتاين هي وصف أفضل للواقع من نظرية نيوتن. يتسبب الانحناء في تشويه يمكن اكتشافه لصور المجرات البعيدة مشابهًا لتشويه مشهد بعيد يتم مشاهدته من خلال نافذة زجاجية ضعيفة أو منعكسة في بحيرة متموجة. يمكن استخدام قوة التشويه لقياس قوة جاذبية الأجسام الأمامية وبالتالي كتلتها. إذا كانت قياسات التشويه متاحة لعدد كبير بما فيه الكفاية من المجرات البعيدة ، فيمكن دمجها لعمل خريطة للكتلة الأمامية بأكملها.
أنتجت هذه التقنية بالفعل قياسات دقيقة للكتلة النموذجية المرتبطة بالمجرات الأمامية ، بالإضافة إلى خرائط الكتلة لعدد من مجموعات المجرات الفردية. ومع ذلك يعاني من بعض القيود الأساسية. حتى التلسكوب الكبير في الفضاء يمكن أن يرى فقط عددًا محدودًا من المجرات الخلفية ، بحد أقصى 100000 في كل رقعة من السماء بحجم القمر المكتمل. يجب حساب متوسط قياسات حوالي 200 مجرة معًا لاكتشاف إشارة تشوه الجاذبية ، لذا فإن أصغر منطقة يمكن تصوير الكتلة لها هي حوالي 0.2 ٪ من القمر المكتمل. الصور الناتجة مشوشة بشكل غير مقبول وهي محببة للغاية لأغراض عديدة. على سبيل المثال ، يمكن اكتشاف أكبر كتل المواد فقط (أكبر مجموعات المجرات) في هذه الخرائط بكل ثقة. المشكلة الثانية هي أن العديد من المجرات البعيدة التي يتم قياس تشويهها تقع أمام العديد من الكتل الجماعية التي يرغب المرء في رسم خريطة لها ، وبالتالي لا تتأثر بخطورتها. يتطلب تكوين صورة واضحة للكتلة في اتجاه معين مصادر أبعد ويتطلب المزيد منها. وقد أظهر علماء MPA Ben Metcalf و Simon White أن الانبعاثات الراديوية القادمة إلينا من العصر قبل تكون المجرات يمكن أن توفر هذه المصادر.
بعد حوالي 400000 سنة من الانفجار العظيم ، تبرد الكون بما فيه الكفاية بحيث تحولت جميع مادته العادية تقريبًا إلى غاز منتشر وشبه موحد ومحايد للهيدروجين والهليوم. بعد بضع مئات الملايين من السنين ، زادت الجاذبية من عدم الانتظام إلى النقطة التي يمكن أن تتكون فيها النجوم والمجرات الأولى. ثم قام ضوء الأشعة فوق البنفسجية بتسخين الغاز المنتشر مرة أخرى. أثناء إعادة التسخين لفترة طويلة قبل ذلك ، كان الهيدروجين المنتشر أكثر سخونة أو برودة من الإشعاع المتبقي من الانفجار الكبير. ونتيجة لذلك ، يجب أن تكون قد امتصت أو بثت موجات راديو بطول موجة 21 سم. يؤدي توسع الكون إلى أن يكون هذا الإشعاع مرئيًا اليوم بأطوال موجية من 2 إلى 20 مترًا ، ويتم حاليًا إنشاء عدد من المقاريب الراديوية منخفضة التردد للبحث عنه. أحد أكثرها تقدمًا هو مصفوفة التردد المنخفض (LOFAR) في هولندا ، وهو مشروع يخطط فيه معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية للقيام بدور هام ، إلى جانب عدد من المؤسسات الألمانية الأخرى.
يحتوي الهيدروجين قبل الإجهادي على تراكيب من جميع الأحجام هي مقدمة المجرات ، وهناك ما يصل إلى 1000 من هذه الهياكل على مسافات مختلفة على طول كل خط البصر. يمكن أن يفصل التلسكوب الراديوي هذه لأن الهياكل على مسافات مختلفة تعطي إشارات عند أطوال موجية مختلفة. يظهر كل من Metcalf و White أن التشويه الجاذبي لهذه الهياكل سيسمح للتلسكوب الراديوي بإنتاج صور عالية الدقة لتوزيع الكتلة الكونية التي تكون أكثر حدة بعشر مرات من أفضل ما يمكن إجراؤه باستخدام تشوهات المجرات. يمكن اكتشاف جسم مشابه في كتلته لكتلة درب التبانة الخاصة بنا طوال الوقت الذي كان فيه الكون 5٪ فقط من عمره الحالي. يتطلب مثل هذا التصوير عالي الدقة مجموعة تلسكوب كبيرة للغاية ، تغطي منطقة بكثافة يبلغ عرضها حوالي 100 كم. هذا هو 100 ضعف الحجم المخطط للجزء المركزي المغطى بكثافة من LOFAR ، وحوالي 20 مرة أكبر من النواة المغطاة بكثافة من صفيف الكيلومتر المربع (SKA) أكبر منشأة من هذا النوع قيد المناقشة حاليًا. يمكن لهذا التلسكوب العملاق رسم خريطة لتوزيع الكتلة الجاذبة للكون بالكامل ، مما يوفر خريطة المقارنة النهائية للصور التي تنتجها التلسكوبات الأخرى التي تبرز فقط الجزء الصغير من الكتلة الذي ينبعث منه الإشعاع الذي يمكنهم اكتشافه.
لا يتعين علينا الانتظار حتى يحصل التلسكوب العملاق على نتائج لا مثيل لها من هذه التقنية. واحدة من أكثر القضايا إلحاحًا في الفيزياء الحالية هي اكتساب فهم أفضل للطاقة الغامضة الغامضة التي تقود حاليًا التوسع المتسارع للكون. يُظهر Metcalf و White أن الخرائط الجماعية لجزء كبير من السماء المصنوع بأداة مثل SKA يمكن أن تقيس خصائص الطاقة المظلمة بدقة أكثر من أي طريقة مقترحة سابقًا ، أكثر من 10 أضعاف دقة الخرائط الجماعية ذات الحجم المماثل بناءً على الجاذبية تشويه الصور الضوئية للمجرات.
المصدر الأصلي: بيان صحفي لمعهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية
