Dalam cahaya biasa yang kelihatan, kumpulan galaksi ini tidak kelihatan seperti banyak. Terdapat kelompok yang lebih besar dengan galaksi yang lebih besar dan lebih dramatik di dalamnya. Tetapi ada lebih banyak imej ini daripada galaksi, walaupun dalam cahaya yang kelihatan. Graviti dari kluster itu membesar dan menyerang cahaya yang berlalu mendekatinya, dan memetakan penyimpangan itu mendedahkan sesuatu tentang bahan yang biasanya tersembunyi dari kami: perkara gelap.
Koleksi galaksi ini dikenali sebagai "Bullet Cluster, " dan perkara gelap di dalamnya dikesan melalui kaedah yang disebut "lensa graviti lemah." Dengan mengesan gangguan dalam cahaya kerana ia melewati gugus, para astronom dapat membuat semacam topografi peta jisim dalam kumpulan, di mana "bukit" adalah tempat graviti yang kuat dan "lembah" adalah tempat graviti yang lemah. Alasan perkara gelap - bahan misteri yang membentuk sebahagian besar jisim di alam semesta-sangat sukar untuk dipelajari kerana ia tidak memancarkan atau menyerap cahaya. Tetapi ia mempunyai graviti, dan dengan itu ia muncul dalam peta topografi seperti ini.
Cluster Bullet adalah salah satu tempat terbaik untuk melihat kesan benda gelap, tetapi itu hanya satu objek. Kebanyakan kuasa sebenar pemotongan graviti yang lemah melibatkan melihat beribu-ribu atau berjuta-juta galaksi yang meliputi tompok-tompok besar langit.
Untuk melakukan itu, kita perlu teleskop besar yang mampu memetakan kosmos secara terperinci. Salah satu daripadanya ialah Teleskop Penyiasatan Sinoptik Besar (LSST), yang sedang dibina di Chile, dan sepatutnya mula beroperasi pada tahun 2022 dan berlari hingga 2032. Ia merupakan projek yang bercita-cita tinggi yang akhirnya akan mewujudkan peta topografi alam semesta.
"[LSST] akan memerhatikan kira-kira separuh daripada langit sepanjang tempoh sepuluh tahun, " kata timbalan pengarah LSST Beth Willman. Observatori itu mempunyai "pelbagai matlamat sains, dari tenaga gelap dan kelemahan [gravitational], untuk mengkaji sistem suria, untuk mengkaji Bima Sakti, untuk mengkaji bagaimana langit malam berubah dengan masa."
Penyajian artis Teleskop Penyiasatan Sinoptik Besar, yang sedang dalam pembinaan di Chile (Michael Mullen Design, LSST Corporation) Untuk mengkaji struktur alam semesta, para astronom menggunakan dua strategi asas: pergi jauh, dan meluas. Teleskop Angkasa Hubble, sebagai contoh, adalah baik untuk pergi mendalam: reka bentuknya membolehkan ia mencari beberapa galaksi paling pucat di alam semesta. Sebaliknya, LSST akan meluas.
"Saiz teleskop itu sendiri tidak luar biasa, " kata Willman. LSST akan berukuran 27 kaki, yang meletakkannya di tengah-tengah teleskop sedia ada. "Bahagian unik alat ukur LSST adalah bidang pandangan kamera yang akan diletakkan di atasnya, iaitu kira-kira 40 kali saiz bulan penuh." Sebaliknya, teleskop normal saiz yang sama dengan LSST akan melihat patch langit kurang daripada satu perempat daripada saiz bulan.
Dengan kata lain, LSST akan menggabungkan imej gambar besar langit yang anda dapat dengan menggunakan kamera digital biasa, dengan kedalaman wawasan yang disediakan oleh teleskop besar. Gabungan ini akan menjadi menakjubkan, dan itu semua disebabkan reka bentuk unik teleskop.
LSST akan menggunakan tiga cermin besar, di mana kebanyakan teleskop besar lain menggunakan dua cermin. (Tidak mustahil untuk membuat lensa yang besar seperti ahli astronomi yang diperlukan, oleh itu kebanyakan pemerhatian menggunakan cermin, yang secara teknikalnya boleh dibina dengan saiz apa pun.) Cermin mereka direka untuk menumpukan cahaya sebanyak mungkin ke kamera, yang akan menjadi 63 inci kekalahan di seluruh, dengan 3.2 bilion piksel.
Willman berkata, "Apabila ia disatukan dan disebarkan ke langit, ia akan menjadi kamera terbesar yang digunakan untuk pemerhatian optik astronomi."
Walaupun kamera biasa direka bentuk untuk mencipta warna dan tahap cahaya yang dapat dilihat oleh mata manusia, kamera LSST akan "melihat" lima warna. Sesetengah warna ini bertindih yang dilihat oleh sel-sel retina di mata kita, tetapi ia juga termasuk cahaya di bahagian inframerah dan ultraviolet spektrum.
Selepas Big Bang, alam semesta adalah huru-hara yang panas. Tidak lama kemudian, kuar ini disejukkan dan berkembang ke titik di mana zarah-zarah itu boleh mula menarik satu sama lain, melekat bersama untuk membentuk bintang pertama dan galaksi dan membentuk sebuah web kosmik yang besar. Persimpangan-persimpangan yang berkembang menjadi gugus galaksi besar, yang dikaitkan dengan filamen panjang yang panjang, dan dipisahkan oleh lompang yang kebanyakannya kosong. Sekurang-kurangnya itulah tekaan terbaik kami, mengikut simulasi komputer yang menunjukkan betapa gelapnya materi yang harus dikumpulkan bersama di bawah tarikan graviti.
Lensa graviti yang lemah ternyata menjadi cara yang bagus untuk menguji simulasi ini. Albert Einstein menunjukkan secara matematik bahawa graviti menjejaskan laluan cahaya, menariknya sedikit daripada gerakan garis lurusnya. Pada tahun 1919, ahli astronomi British Arthur Eddington dan rakan-rakannya berjaya mengukur kesan ini, dalam apa yang menjadi kejayaan besar pertama bagi teori relativiti umum Einstein.
Jumlah lengkung cahaya bergantung kepada kekuatan medan graviti yang ditemui, yang dikuasai oleh jisim, saiz dan bentuk sumber. Dalam istilah kosmik, matahari adalah kecil dan rendah secara beransur-ansur, jadi ia menyala dengan hanya sedikit. Tetapi galaksi mempunyai berbilion-bilion dan berbilion-bilion bintang, dan kelompok galaksi seperti Bullet Cluster terdiri daripada beratus-ratus atau ribuan galaksi, bersama-sama dengan banyak plasma panas dan bahan gelap tambahan yang memegang mereka semua bersama-sama dan kesan kumulatif pada cahaya boleh menjadi sangat penting. (Kenyataan yang menyenangkan: Einstein tidak fikir lensing sebenarnya berguna, kerana dia hanya memikirkannya dari segi bintang, bukan galaksi.)
Peta perkara gelap, yang dicipta oleh ahli astronomi Jepun menggunakan lensing lemah (Satoshi Miyazaki, et al.) Lensa graviti yang kuat dihasilkan oleh objek sangat besar yang mengambil ruang yang agak sedikit; objek yang mempunyai jisim yang sama tetapi tersebar di dalam jumlah yang lebih besar masih akan membelokkan cahaya, tetapi tidak secara dramatik. Itulah lensa graviti yang lemah-biasanya hanya disebut "lensing lemah" - dalam intipati.
Setiap arah yang anda lihat di alam semesta, anda melihat banyak galaksi. Galaksi yang paling jauh mungkin terlalu lemah untuk dilihat, tetapi kita masih melihat beberapa penapisan cahaya mereka sebagai cahaya latar belakang. Apabila cahaya itu mencapai galaksi atau sekelompok galaksi yang lebih dekat dalam perjalanan ke Bumi, lensa lemah akan menjadikan cahaya itu lebih cerah. Ini adalah kesan yang kecil (itulah sebabnya kita mengatakan "lemah", selepas semua), tetapi para astronom dapat menggunakannya untuk memetakan massa di alam semesta.
Galaksi 100 milyar atau lebih dalam alam semesta dapat dilihat menyediakan banyak peluang untuk lensa lemah, dan di sinilah seperti observatorium seperti LSST. Tidak seperti kebanyakan observatori lain, LSST akan meninjau tompok-tompok besar langit dalam corak yang ditetapkan, daripada membiarkan individu ahli astronomi menetapkan mana teleskop menunjukkan. Dengan cara ini ia menyerupai Sloan Digital Survey Survey (SDSS), perintis perintis yang telah menjadi anugerah kepada astronom selama hampir 20 tahun.
Matlamat utama projek seperti SDSS dan LSST adalah banci penduduk galaksi. Berapa banyak galaksi di luar sana, dan berapa besarnya mereka? Adakah mereka secara rawak tersebar di seluruh langit, atau adakah mereka jatuh ke dalam corak? Adakah lompang jelas sebenar-iaitu, tempat dengan beberapa atau tidak galaksi sama sekali?
Jumlah dan pengedaran galaksi memberikan maklumat mengenai misteri kosmik terbesar. Sebagai contoh, simulasi komputer yang sama yang menggambarkan web kosmik memberitahu kita kita perlu melihat lebih banyak galaksi kecil daripada muncul di teleskop kita, dan lensa lemah dapat membantu kita mencari mereka.
Di samping itu, galaksi pemetaan adalah satu panduan kepada tenaga gelap, nama yang kita berikan kepada perkembangan yang pesat di alam semesta. Sekiranya tenaga gelap sentiasa berubah-ubah, atau jika ia mempunyai kekuatan yang berlainan di tempat dan masa yang berbeza, web kosmik harus mencerminkannya. Dengan kata lain, peta topografi dari lensa lemah boleh membantu kita menjawab salah satu soalan terbesar tentang semua: hanya apa tenaga gelap?
Akhirnya, lensing lemah dapat membantu kita dengan zarah-zarah terendah yang kita ketahui: neutrinos. Ini zarah yang bergerak pantas tidak melekat dalam galaksi ketika mereka terbentuk, tetapi mereka membawa tenaga dan jisim ketika mereka pergi. Sekiranya mereka mengambil terlalu banyak, galaksi tidak tumbuh sebagai besar, maka survei lensa lemah dapat membantu kita memikirkan berapa banyak neutrino massa.
Seperti SDSS, LSST akan melepaskan datanya kepada ahli astronomi tanpa mengira sama ada mereka adalah ahli dalam kerjasama itu, yang membolehkan setiap saintis yang berminat menggunakannya dalam penyelidikan mereka.
"Menjalankan teleskop dalam mod kaji selidik, dan kemudian mendapatkan produk data berkaliber tinggi yang diselaraskan ke seluruh komuniti saintifik itu benar-benar akan bergabung untuk menjadikan LSST menjadi kemudahan yang paling produktif dalam sejarah astronomi, " kata Willman. "Itu yang saya maksudkan."
Kuasa astronomi menggunakan idea-idea yang menarik-bahkan yang kita sangka tidak berguna-dengan cara yang tidak dijangka. Lensa lemah memberikan kita cara tidak langsung untuk melihat perkara yang tidak kelihatan atau sangat kecil. Untuk sesuatu yang dipanggil "lemah, " kanta lemah adalah sekutu yang kuat dalam usaha kita untuk memahami alam semesta.
