Massive galaktiske klynger - som er grovt orientert i et plan som er omtrent ansikt til jorden - kan generere sterk gravitasjonslinsing. Flere undersøkelser av slike klynger har imidlertid nådd konklusjonen at disse klyngene har en tendens til å linse for mye - i det minste mer enn det som er forutsagt basert på deres forventede masse.
Kjent (for noen forskere som arbeider i området) som 'overkonsentrasjonsproblemet', ser det ut til å være et prima facie tilfelle av manglende masse. Men snarere enn å bare spille mørkstoffkortet, forfølger forskere mer detaljerte observasjoner - om bare for å eliminere andre mulige årsaker.
Sunyaev-Zel'dovich (SZ) -effekten er en ny måte å skanne himmelen etter massive gjenstander som galaktiske klynger - som forvrenger den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB) via invers Compton-spredning - der fotoner (i dette tilfellet CMB-fotoner) samhandler med veldig energiserte elektroner som gir energi til fotonene under en kollisjon, og flytter protonene til en kortere bølgelengdefrekvens.
SZ-effekten er stort sett uavhengig av rødskift - siden du starter med det mest konsekvent rødskiftede lyset i universet og leter etter en engangshendelse som vil ha samme effekt på det lyset enten det skjer i nærheten eller langt borte. Så med utstyr som er følsomt for CMB-bølgelengder, kan du skanne hele himmelen - oppdage både nære objekter, som kan være direkte observerbare i optiske, så vel som veldig fjerne objekter som kan ha blitt rødflyttet til radiospekteret.
SZ-effekten forårsaker CMB-forvrengninger i størrelsesorden en promille av en Kelvin, og effekten krever virkelig massive strukturer - en enkelt galakse er ikke tilstrekkelig til å generere SZ-effekten på egen hånd. Men når den fungerer - tilbyr SZ-effekten en metode for å måle massen til en galaktisk klynge - og gjør det på en måte som er ganske annerledes enn gravitasjonslinser.
SZ-effekten antas å være formidlet av elektroner i interklyngsmediet. Dette betyr at SZ-effekten utelukkende er et resultat av baryonisk materie, siden den er en konsekvens av den omvendte Compton-effekten. Imidlertid er gravitasjonslinsing et resultat av vridning av rom-tid - noe som delvis skyldes tilstedeværelsen av baryonisk materie, men også av mørkt (dvs. ikke-baryonisk) stoff.
Gralla et al brukte Sunyaev-Zel’dovich Array, et utvalg av åtte 3,5 meter radioteleskoper i California, for å kartlegge 10 sterkt linsende galaktiske klynger. De fant en jevn tendens til at Einstein-radius for hver gravitasjonslinser var rundt det dobbelte av den forventede verdien for massen, bestemt av SZ-effekten, for hver klynge.
Einstein-radiusen er et mål på størrelsen på Einstein-ringen som ville blitt dannet hvis en klynge var nøyaktig orientert i et plan som var nøyaktig vendt mot jorden - og der du, linsen og den fjerne lyskilden som er forstørret, er alt i en rett siktlinje. Sterkt linsende galakser er vanligvis bare i nær tilnærming til denne geometrien, men deres Einstein-ring og radius (og derav deres masse) kan utledes lett nok.
Gralla et al bemerker at dette er arbeid som pågår, for nå er det bare å bekrefte overkonsentrasjonsproblemet som finnes i andre undersøkelser. De antyder en mulighet er at mengden interklyngemedium kan være mindre enn forventet - noe som betyr at SZ-effekten undervurderer den virkelige massen til klyngen.
Hvis det alternativt er en mørk materieeffekt, ville det være mer mørk materie i disse klyngene enn den nåværende ‘standardmodellen’ for kosmologi (Lambda-Cold Dark Matter) spår. Forskerne virker innstilt på å foreta ytterligere observasjoner før de drar dit.
Videre lesning: Gralla et al. Sunyaev Zel’dovich Effektobservasjoner av sterke linser Galaxy-klynger: Undersøkelse av overkonsentrasjonsproblemet.
Og bare for interesse, Einsteins brev om linsing og ringer: Einstein, A (1936) Linseaktig handling av en stjerne av lysets avvik i gravitasjonsfeltet. Vitenskap 84 (2188): 506–507.
