Mørk stof er usynlig for alle vores instrumenter, men det betyder ikke, at den ikke er der. Et stort nok radioteleskop skal kunne kortlægge strålingen fra pregalaktisk brint - dannet kort efter big bang og synlig i alle retninger. Enhver mellemliggende mørk stof vil fordreje denne stråling, som krusninger i en dam, og afsløre dens tilstedeværelse og mængde.
Når lyset rejser til os fra fjerne objekter, bøjes dens sti lidt af tyngdekraften af de ting, det passerer. Denne virkning blev først observeret i 1919 for lyset fra fjerne stjerner, der passerede tæt på solens overflade, hvilket bevisede, at Einsteins tyngdekraft er en bedre beskrivelse af virkeligheden end Newtons. Bøjningen medfører en detekterbar forvrængning af billederne fra fjerne galakser, der er analog med forvrængningen af en fjern scene set gennem en dårlig vinduesrute eller reflekteret i en krusede sø. Styrken af forvrængningen kan bruges til at måle styrken af forgrundgenstands tyngdekraften og dermed deres masse. Hvis der er distorsionsmålinger til rådighed for et tilstrækkeligt stort antal fjerne galakser, kan disse kombineres for at lave et kort over hele forgrundsmassen.
Denne teknik har allerede produceret præcise målinger af den typiske masse, der er forbundet med forgrund-galakser, såvel som massekort for et antal individuelle galakse-klynger. Det lider ikke desto mindre af nogle grundlæggende begrænsninger. Selv et stort teleskop i rummet kan kun se et begrænset antal baggrundsgalakser, maksimalt ca. 100.000 i hver himmellapp på størrelse med fuldmåne. Målinger af ca. 200 galakser skal gennemsnittes samlet for at detektere gravitationsforvrængningssignalet, så det mindste område, for hvilken massen kan afbildes, er ca. 0,2% fra fuldmånen. De resulterende billeder er uacceptabelt sløret og er for kornige til mange formål. For eksempel kan kun de meget største klumper af stof (de største klynger af galakser) opdages på sådanne kort med enhver tillid. Et andet problem er, at mange af de fjerne galakser, hvis forvrængning måles, ligger foran mange af de masseklumper, som man gerne vil kortlægge, og derfor ikke påvirkes af deres tyngdekraft. At skabe et skarpt billede af massen i en given retning kræver fjernere kilder og kræver mange flere af dem. MPA-forskere Ben Metcalf og Simon White har vist, at radioemission, der kommer til os fra epoken, før galakserne var dannet, kan give sådanne kilder.
Cirka 400.000 år efter Big Bang var universet afkølet tilstrækkeligt til, at næsten al dets almindelige stof blev til en diffus, næsten ensartet og neutral gas af brint og helium. Et par hundrede millioner år senere havde tyngdekraften forstærket de ikke-ensartede til det punkt, hvor de første stjerner og galakser kunne dannes. Deres ultraviolette lys opvarmede derefter den diffuse gas op igen. Under denne genopvarmning og i en længere periode før det var det diffuse brint varmere eller køligere end den stråling, der blev tilbage fra Big Bang. Som et resultat skal den have absorberet eller udsendt radiobølger med en bølgelængde på 21 cm. Universets udvidelse får denne stråling til at blive synlig i dag ved bølgelængder på 2 til 20 meter, og der bygges i øjeblikket et antal lavfrekvente radioteleskoper for at søge efter det. Et af de mest avancerede er Low Frequency Array (LOFAR) i Holland, et projekt, hvor Max Planck Institute for Astrophysics planlægger at tage en betydelig rolle sammen med en række andre tyske institutioner.
Det pregalaktiske brint har strukturer i alle størrelser, der er forløberne for galakser, og der er op til 1000 af disse strukturer i forskellige afstande langs hver synslinje. Et radioteleskop kan adskille disse, fordi strukturer i forskellige afstande giver signaler ved forskellige observerede bølgelængder. Metcalf og White viser, at gravitationsforvrængning af disse strukturer ville give et radioteleskop mulighed for at producere billeder i høj opløsning af den kosmiske massedistribution, som er mere end ti gange skarpere end det bedste, der kan laves ved hjælp af galakseforvrængninger. Et objekt, der ligner massen som vores egen Mælkevej, kunne detekteres helt tilbage til det tidspunkt, hvor universet kun var 5% i sin nuværende alder. En sådan højopløsningsafbildning kræver et ekstremt stort teleskoparray, der tæt dækker et område omkring 100 km på tværs. Dette er 100 gange størrelsen planlagt til tæt dækket central del af LOFAR, og omkring 20 gange større end tæt dækket kerne af Square Kilometre Array (SKA), den største sådanne facilitet, der i øjeblikket diskuteres. Et sådant gigantisk teleskop kunne kortlægge hele gravitationsmassedistribueringen af universet og give det ultimative sammenligningskort for billeder, der er produceret af andre teleskoper, der kun fremhæver den lille brøkdel af den masse, der udsender stråling, de kan registrere.
Vi behøver ikke at vente på, at det kæmpe teleskop får uovertrufne resultater fra denne teknik. Et af de mest presserende spørgsmål i den nuværende fysik er at få en bedre forståelse af den mystiske mørke energi, der i øjeblikket driver den accelererede udvidelse af universet. Metcalf og White viser, at massekort over en stor brøkdel af himlen lavet med et instrument som SKA kunne måle egenskaberne ved Dark Energy mere præcist end nogen tidligere foreslået metode, mere end 10 gange så nøjagtigt som massekort af lignende størrelse baseret på tyngdekraft forvrængning af de optiske billeder af galakser.
Original kilde: Max Planck Institute for Astrophysics News Release
