สสารมืดมองไม่เห็นต่อเครื่องมือทั้งหมดของเรา แต่นั่นไม่ได้หมายความว่ามันไม่ได้อยู่ที่นั่น กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่มีขนาดใหญ่พอที่จะสามารถทำแผนที่การแผ่รังสีจากไฮโดรเจนพรีแลคติคที่เกิดขึ้นหลังจากการระเบิดครั้งใหญ่และมองเห็นได้ในทุกทิศทาง สสารมืดที่เข้ามาแทรกแซงจะบิดเบือนการแผ่รังสีนี้เช่นคลื่นในสระเผยให้เห็นการปรากฏตัวและปริมาณของมัน
เมื่อแสงเดินทางมายังเราจากวัตถุระยะไกลเส้นทางของมันจะโค้งงอเล็กน้อยโดยผลกระทบความโน้มถ่วงของสิ่งที่ผ่านไป ผลกระทบนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1919 เนื่องจากแสงจากดวงดาวที่อยู่ไกลออกไปใกล้ผิวน้ำของดวงอาทิตย์พิสูจน์ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ว่าเป็นคำอธิบายความเป็นจริงที่ดีกว่านิวตัน การดัดงอทำให้เกิดการบิดเบือนที่ตรวจพบได้ของภาพของกาแลคซีไกลโพ้นซึ่งคล้ายกับการบิดเบือนของฉากที่อยู่ไกลมองผ่านบานหน้าต่างหน้าต่างที่ไม่ดีหรือสะท้อนในทะเลสาบระลอก ความแข็งแรงของการบิดเบือนสามารถใช้ในการวัดความแรงของแรงโน้มถ่วงของวัตถุเบื้องหน้าและด้วยเหตุนี้มวลของพวกเขา หากมีการตรวจวัดการบิดเบือนสำหรับกาแลคซีที่ห่างไกลจำนวนมากเพียงพอสิ่งเหล่านี้สามารถนำมารวมกันเพื่อสร้างแผนที่ของมวลพื้นหน้าทั้งหมด
เทคนิคนี้ได้ทำการตรวจวัดมวลทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับกาแลคซีเบื้องหน้าอย่างแม่นยำรวมถึงแผนที่มวลสำหรับกระจุกกาแลคซีแต่ละแห่ง อย่างไรก็ตามมันมีข้อ จำกัด พื้นฐานบางอย่าง แม้แต่กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ในอวกาศก็สามารถมองเห็นกาแลคซีพื้นหลังในจำนวน จำกัด ได้สูงสุดประมาณ 100,000 ในแต่ละขนาดของพระจันทร์เต็มดวง การตรวจวัดกาแลคซีประมาณ 200 ครั้งจะต้องเฉลี่ยร่วมกันเพื่อตรวจจับสัญญาณความผิดเพี้ยนของแรงโน้มถ่วงดังนั้นพื้นที่ที่เล็กที่สุดที่มวลสามารถถ่ายภาพได้คือ 0.2% ของพระจันทร์เต็มดวง ภาพที่ปรากฏเบลออย่างไม่เหมาะสมและมีเม็ดเล็กเกินไปสำหรับวัตถุประสงค์หลายประการ ตัวอย่างเช่นมีเพียงก้อนวัตถุที่ใหญ่ที่สุด (กลุ่มกาแลคซีที่ใหญ่ที่สุด) เท่านั้นที่สามารถพบเห็นได้ในแผนที่ดังกล่าวด้วยความมั่นใจ ปัญหาที่สองคือกาแลคซีไกลโพ้นหลายแห่งซึ่งมีการวัดการบิดเบือนอยู่หน้าก้อนมวลจำนวนมากที่เราต้องการทำแผนที่และไม่ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของมัน การสร้างภาพที่คมชัดของมวลในทิศทางที่กำหนดนั้นต้องใช้แหล่งที่อยู่ไกลกว่าและต้องการจำนวนมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์ของ MPA Ben Metcalf และ Simon White ได้แสดงให้เห็นว่าการปล่อยคลื่นวิทยุมาถึงเราจากยุคก่อนที่กาแลคซีก่อตัวขึ้นจะสามารถให้แหล่งข้อมูลดังกล่าวได้
ประมาณ 400,000 ปีหลังจากบิกแบงจักรวาลได้ระบายความร้อนออกอย่างเพียงพอแล้วว่าสสารทั่วไปเกือบทั้งหมดกลายเป็นก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียมที่กระจายตัวอยู่ใกล้และใกล้เคียง ไม่กี่ร้อยล้านปีต่อมาแรงโน้มถ่วงได้ขยายความไม่สม่ำเสมอไปจนถึงจุดที่ดาวฤกษ์และกาแล็กซี่แรกก่อตัว แสงอุลตร้าไวโอเล็ตของพวกเขาจะทำให้ก๊าซที่กระจายกลับมาอุ่นอีกครั้ง ในระหว่างการอุ่นเครื่องและเป็นเวลานานก่อนที่ไฮโดรเจนจะร้อนหรือเย็นกว่าการแผ่รังสีที่เหลือจากบิกแบง ดังนั้นจึงต้องมีการดูดซับหรือปล่อยคลื่นวิทยุที่มีความยาวคลื่น 21 ซม. การขยายตัวของเอกภพทำให้เกิดการแผ่รังสีนี้ในปัจจุบันที่ความยาวคลื่น 2 ถึง 20 เมตรและกล้องโทรทรรศน์วิทยุความถี่ต่ำจำนวนหนึ่งกำลังถูกสร้างขึ้นเพื่อค้นหา หนึ่งในสิ่งที่ก้าวหน้าที่สุดคือ Low Frequency Array (LOFAR) ในเนเธอร์แลนด์ซึ่งเป็นโครงการที่สถาบันมักซ์พลังค์ด้านดาราศาสตร์ฟิสิกส์วางแผนที่จะมีบทบาทสำคัญร่วมกับสถาบันอื่น ๆ ในเยอรมนีหลายแห่ง
ไฮโดรเจนพรีแลคติคมีโครงสร้างทุกขนาดซึ่งเป็นบรรพบุรุษของกาแลคซีและมีโครงสร้างเหล่านี้มากถึง 1,000 โครงสร้างในระยะที่แตกต่างกันตามแนวสายตาทุกเส้น กล้องโทรทรรศน์วิทยุสามารถแยกสิ่งเหล่านี้ได้เนื่องจากโครงสร้างในระยะทางที่ต่างกันให้สัญญาณที่ความยาวคลื่นที่สังเกตได้ต่างกัน Metcalf และ White แสดงให้เห็นว่าการบิดเบือนความโน้มถ่วงของโครงสร้างเหล่านี้จะช่วยให้กล้องโทรทรรศน์วิทยุสามารถสร้างภาพความละเอียดสูงของการกระจายมวลจักรวาลซึ่งมีความคมชัดมากกว่าสิบเท่าที่ดีที่สุดที่สามารถทำได้โดยใช้การบิดเบือนกาแลคซี วัตถุที่มีมวลใกล้เคียงกับทางช้างเผือกของเราสามารถตรวจจับได้ตลอดเวลาจนถึงเวลาที่จักรวาลมีอายุเพียง 5% เท่านั้น การถ่ายภาพความละเอียดสูงดังกล่าวต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากซึ่งครอบคลุมพื้นที่อย่างหนาแน่นประมาณ 100 กม. นี่คือขนาดที่วางแผนไว้ 100 เท่าสำหรับพื้นที่ส่วนกลางที่ปกคลุมหนาแน่นของ LOFAR และใหญ่กว่าแกนกลางที่ครอบคลุมอย่างหนาแน่นของ Square Kilometer Array (SKA) ประมาณ 20 เท่าซึ่งเป็นสถานที่ที่ใหญ่ที่สุดในปัจจุบันภายใต้การอภิปราย กล้องโทรทรรศน์ขนาดยักษ์เช่นนี้สามารถทำแผนที่การกระจายมวลแรงดึงดูดของจักรวาลทั้งหมดได้ซึ่งเป็นแผนที่เปรียบเทียบที่ดีที่สุดสำหรับภาพที่ผลิตโดยกล้องโทรทรรศน์อื่นซึ่งเน้นเฉพาะส่วนเล็ก ๆ ของมวลที่ปล่อยรังสีที่สามารถตรวจจับได้
อย่างไรก็ตามเราไม่ต้องรอกล้องโทรทรรศน์ยักษ์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ไม่มีใครเทียบได้จากเทคนิคนี้ หนึ่งในประเด็นเร่งด่วนที่สุดในวิชาฟิสิกส์ในปัจจุบันคือการได้รับความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับพลังงานมืดที่ลึกลับซึ่งกำลังผลักดันให้เกิดการขยายตัวของจักรวาลอย่างรวดเร็ว Metcalf และ White แสดงให้เห็นว่าแผนที่มวลของส่วนใหญ่ของท้องฟ้าที่ทำด้วยเครื่องมือเช่น SKA สามารถวัดคุณสมบัติของพลังงานมืดได้แม่นยำกว่าวิธีที่แนะนำไว้ก่อนหน้านี้มากกว่า 10 เท่าของแผนที่มวลที่มีขนาดใกล้เคียงกันตามความโน้มถ่วง การบิดเบือนของภาพแสงของกาแลคซี
แหล่งต้นฉบับ: Max Planck Institute สำหรับข่าวดาราศาสตร์
