Masywne gromady galaktyczne - które są z grubsza zorientowane w płaszczyźnie z grubsza skierowanej w stronę Ziemi - mogą generować silne soczewkowanie grawitacyjne. Jednak w kilku badaniach takich klastrów doszło do wniosku, że klastry te mają tendencję do nadmiernego soczewkowania - przynajmniej więcej niż przewidywano na podstawie ich oczekiwanej masy.
Znany (dla niektórych badaczy pracujących w tym obszarze) jako „problem nadmiernej koncentracji”, wydaje się, że jest to prima facie przypadek braku masy. Ale zamiast po prostu zagrać kartą ciemnej materii, badacze prowadzą bardziej szczegółowe obserwacje - choćby po to, aby wyeliminować inne możliwe przyczyny.
Efekt Sunyaeva-Zel'dovicha (SZ) to nowatorski sposób skanowania nieba w poszukiwaniu masywnych obiektów, takich jak gromady galaktyczne - które zniekształcają kosmiczne tło mikrofalowe (CMB) poprzez odwrotne rozpraszanie Comptona - w którym oddziałują fotony (w tym przypadku fotony CMB) z bardzo energetyzowanymi elektronami, które przekazują energię fotonom podczas zderzenia, przesuwając protony na krótszą częstotliwość fali.
Efekt SZ jest w dużej mierze niezależny od przesunięcia ku czerwieni - ponieważ zaczynasz od najbardziej konsekwentnie przesuniętego na czerwono światła we wszechświecie i szukasz jednorazowego zdarzenia, które będzie miało taki sam wpływ na to światło, niezależnie od tego, czy dzieje się w pobliżu, czy daleko z dala. Dzięki sprzętowi wrażliwemu na długości fal CMB możesz skanować całe niebo - wykrywając zarówno bliskie obiekty, które mogą być bezpośrednio widoczne w optyce, jak i bardzo odległe obiekty, które mogły zostać przesunięte na czerwono w widmie radiowym.
Efekt SZ powoduje zniekształcenia CMB rzędu jednej tysięcznej Kelvina, a efekt wymaga naprawdę masywnych struktur - pojedyncza galaktyka nie wystarcza do wygenerowania efektu SZ samodzielnie. Ale kiedy to działa - efekt SZ oferuje metodę pomiaru masy gromady galaktycznej - i robi to w sposób zupełnie inny niż soczewkowanie grawitacyjne.
Uważa się, że w efekcie SZ pośredniczą elektrony w ośrodku między klastrami. Oznacza to, że efekt SZ jest wyłącznie wynikiem materii barionowej, ponieważ jest konsekwencją odwrotnego efektu Comptona. Jednak soczewkowanie grawitacyjne jest wynikiem wypaczenia czasoprzestrzeni - co częściowo jest spowodowane obecnością materii barionowej, ale także ciemnej (tj. Niebarionowej) materii.
Gralla i wsp. Użyli tablicy Sunyaev-Zel’dovich Array, zestawu ośmiu 3,5-metrowych radioteleskopów w Kalifornii, aby zbadać 10 silnie soczewkujących gromad galaktycznych. Znaleźli stałą tendencję promienia Einsteina każdej soczewki grawitacyjnej do około dwukrotności wartości oczekiwanej dla masy, określonej na podstawie efektu SZ, dla każdej gromady.
Promień Einsteina jest miarą wielkości pierścienia Einsteina, który powstałby, gdyby gromada była dokładnie zorientowana w płaszczyźnie dokładnie skierowanej twarzą do Ziemi - i gdzie powiększana jest soczewka i odległe źródło światła wszystko w linii wzroku. Galaktyki o silnych soczewkach są na ogół tylko w przybliżeniu zbliżone do tej geometrii, ale ich pierścień i promień Einsteina (a tym samym ich masa) można dość łatwo wywnioskować.
Gralla i wsp. Zauważają, że są to prace w toku, na razie tylko potwierdzające problem nadmiernej koncentracji stwierdzony w innych badaniach. Sugerują, że jedną z możliwości jest to, że ilość ośrodka między klastrami może być mniejsza niż oczekiwano - co oznacza, że efekt SZ nie docenia rzeczywistej masy gromady.
Jeśli, alternatywnie, jest to efekt ciemnej materii, w tych gromadach będzie więcej ciemnej materii, niż przewiduje obecny „standardowy model” kosmologii (Lambda-Cold Dark Matter). Wydaje się, że naukowcy zamierzają podjąć dalsze obserwacje, zanim tam pójdą.
Dalsza lektura: Gralla i in. Obserwacje efektu Sunyaeva Zel’dovicha na silnych skupiskach gromad galaktyk: sondowanie problemu nadmiernej koncentracji.
I tylko dla zainteresowania, list Einsteina o soczewkowaniu i pierścieniach: Einstein, A (1936) Działanie gwiazdy podobne do soczewki przez odchylenie światła w polu grawitacyjnym. Science 84 (2188): 506–507.
