Materi gelap tidak terlihat oleh semua instrumen kami, tetapi itu tidak berarti itu tidak ada di sana. Teleskop radio yang cukup besar harus dapat memetakan radiasi dari hidrogen pralaksi - terbentuk tak lama setelah big bang, dan terlihat di segala arah. Materi gelap apa pun yang campur tangan akan mendistorsi radiasi ini, seperti riak di kolam, mengungkapkan keberadaan dan jumlahnya.
Ketika cahaya bergerak ke arah kita dari benda-benda yang jauh, jalannya sedikit ditekuk oleh efek gravitasi dari benda-benda yang dilaluinya. Efek ini pertama kali diamati pada tahun 1919 untuk cahaya bintang yang jauh lewat dekat dengan permukaan Matahari, membuktikan teori gravitasi Einstein menjadi deskripsi yang lebih baik dari kenyataan daripada Newton. Pembengkokan itu menyebabkan distorsi yang dapat dideteksi dari gambar-gambar galaksi jauh yang dianalogikan dengan distorsi pemandangan yang jauh dilihat melalui jendela-jendela yang buruk atau tercermin dalam danau yang bergelombang. Kekuatan distorsi dapat digunakan untuk mengukur kekuatan gravitasi objek latar depan dan karenanya massa mereka. Jika pengukuran distorsi tersedia untuk sejumlah besar galaksi yang jauh, ini dapat digabungkan untuk membuat peta seluruh massa latar depan.
Teknik ini telah menghasilkan pengukuran tepat dari massa khas yang terkait dengan galaksi latar depan, serta peta massa untuk sejumlah cluster galaksi individu. Namun demikian menderita beberapa keterbatasan mendasar. Bahkan teleskop besar di luar angkasa hanya dapat melihat sejumlah galaksi latar belakang, maksimum sekitar 100.000 di setiap bidang langit seukuran Bulan Purnama. Pengukuran sekitar 200 galaksi harus dirata-rata untuk mendeteksi sinyal distorsi gravitasi, sehingga area terkecil yang dapat dicitrakan oleh massa adalah sekitar 0,2% dari Bulan Purnama. Gambar yang dihasilkan kabur tidak dapat diterima dan terlalu kasar untuk banyak tujuan. Sebagai contoh, hanya gumpalan materi yang paling besar (gugusan galaksi terbesar) yang dapat terlihat di peta tersebut dengan keyakinan apa pun. Masalah kedua adalah bahwa banyak galaksi jauh yang distorsi diukur terletak di depan banyak benjolan massa yang ingin dipetakan, sehingga tidak terpengaruh oleh gravitasi mereka. Untuk membuat gambar yang tajam dari massa dalam arah tertentu membutuhkan sumber yang lebih jauh dan membutuhkan lebih banyak dari mereka. Ilmuwan MPA Ben Metcalf dan Simon White telah menunjukkan bahwa emisi radio yang datang kepada kita dari zaman sebelum galaksi terbentuk dapat menyediakan sumber-sumber seperti itu.
Sekitar 400.000 tahun setelah Ledakan Besar, Semesta telah mendingin dengan cukup baik sehingga hampir semua materi biasanya berubah menjadi gas hidrogen dan helium yang seragam dan hampir seragam. Beberapa ratus juta tahun kemudian, gravitasi telah memperbesar ketidakseragaman hingga titik di mana bintang dan galaksi pertama dapat terbentuk. Sinar ultraviolet mereka kemudian memanaskan gas difus kembali lagi. Selama pemanasan ulang ini dan untuk waktu yang lama sebelum itu, hidrogen difus lebih panas atau lebih dingin daripada radiasi yang tersisa dari Big Bang. Akibatnya ia harus menyerap atau memancarkan gelombang radio dengan panjang gelombang 21 cm. Perluasan Alam Semesta menyebabkan radiasi ini terlihat hari ini pada panjang gelombang 2 hingga 20 meter, dan sejumlah teleskop radio frekuensi rendah saat ini sedang dibangun untuk mencarinya. Salah satu yang paling maju adalah Low Frequency Array (LOFAR) di Belanda, sebuah proyek di mana Institut Max Planck untuk Astrofisika berencana untuk mengambil peran penting, bersama dengan sejumlah lembaga Jerman lainnya.
Hidrogen pregalaksi memiliki struktur dari semua ukuran yang merupakan prekursor galaksi, dan ada hingga 1000 struktur ini pada jarak yang berbeda di sepanjang setiap garis pandang. Sebuah teleskop radio dapat memisahkan ini karena struktur pada jarak yang berbeda memberikan sinyal pada panjang gelombang yang diamati berbeda. Metcalf dan White menunjukkan bahwa distorsi gravitasi dari struktur-struktur ini akan memungkinkan teleskop radio untuk menghasilkan gambar resolusi tinggi dari distribusi massa kosmik yang lebih dari sepuluh kali lebih tajam daripada yang terbaik yang dapat dibuat menggunakan distorsi galaksi. Objek yang memiliki massa serupa dengan Bima Sakti kita dapat dideteksi sepanjang perjalanan kembali ke masa ketika Alam Semesta hanya 5% dari umurnya saat ini. Pencitraan beresolusi tinggi seperti itu membutuhkan jajaran teleskop yang sangat besar, yang mencakup wilayah sekitar 100 km. Ini adalah 100 kali ukuran yang direncanakan untuk bagian tengah LOFAR yang tertutup rapat, dan sekitar 20 kali lebih besar dari inti Square Kilometer Array (SKA) yang tertutup rapat, fasilitas terbesar yang saat ini sedang dibahas. Teleskop raksasa semacam itu dapat memetakan seluruh distribusi massa gravitasi dari Semesta, memberikan peta perbandingan utama untuk gambar yang dihasilkan oleh teleskop lain yang hanya menyoroti sebagian kecil dari massa yang memancarkan radiasi yang dapat mereka deteksi.
Namun, kami tidak perlu menunggu teleskop raksasa untuk mendapatkan hasil yang tak tertandingi dari teknik ini. Salah satu masalah paling mendesak dalam fisika saat ini adalah untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang Energi Gelap misterius yang saat ini mendorong percepatan ekspansi Alam Semesta. Metcalf dan White menunjukkan bahwa peta massa sebagian besar dari langit yang dibuat dengan instrumen seperti SKA dapat mengukur sifat-sifat Energi Gelap lebih tepat daripada metode yang disarankan sebelumnya, lebih dari 10 kali seakurat peta massa dengan ukuran yang sama berdasarkan pada gravitasi distorsi gambar optik galaksi.
Sumber Asli: Max Planck Institute untuk Siaran Berita Astrofisika
