Massiva galaktiska kluster - som är grovt orienterade i ett plan som är riktigt vända mot jorden - kan generera stark gravitationslinsning. Emellertid har flera undersökningar av sådana kluster nått slutsatsen att dessa kluster har en tendens att linsa för mycket - åtminstone mer än vad som förutses baserat på deras förväntade massa.
Känd (för vissa forskare som arbetar i området) som ”överkoncentrationsproblemet”, verkar det vara ett prima facie-fall att det saknas massa. Men snarare än att bara spela mörka materia-kortet, forskare bedriver mer detaljerade observationer - om bara för att eliminera andra möjliga orsaker.
Sunyaev-Zel'dovich (SZ) -effekten är ett nytt sätt att skanna himlen efter massiva föremål som galaktiska kluster - som förvränger den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB) via invers Compton-spridning - där fotoner (i detta fall CMB-fotoner) interagerar med mycket strömförande elektroner som förmedlar energi till fotonerna under en kollision, och flyttar protonerna till en kortare våglängdsfrekvens.
SZ-effekten är till stor del oberoende av rödskiftning - eftersom du börjar med det mest konsekventa rödförskjutna ljuset i universum och letar efter en engångshändelse som kommer att ha samma effekt på det ljuset oavsett om det händer nära eller långt bort. Så med utrustning som är känslig för CMB-våglängder kan du skanna hela himlen - detektera både nära föremål, som kan vara direkt observerbara i optiska, såväl som mycket avlägsna objekt som kan ha rött förskjutits i radiospektrumet.
SZ-effekten orsakar CMB-förvrängningar i storleksordningen en tusendels Kelvin och effekten kräver riktigt massiva strukturer - en enda galax räcker inte för att generera SZ-effekten på egen hand. Men när den fungerar - erbjuder SZ-effekten en metod för att mäta massan hos ett galaktiskt kluster - och gör det på ett sätt som är helt annorlunda än gravitationslinser.
SZ-effekten tros vara medierad av elektroner i mellanklustermediet. Detta innebär att SZ-effekten enbart är resultatet av baryonic materia, eftersom det är en konsekvens av den omvända Compton-effekten. Gravitationslinsering är emellertid resultatet av vridning av rymdtid - vilket delvis beror på närvaron av baryonisk substans, men också av mörk (dvs icke-baryonisk) materia.
Gralla et al använde Sunyaev-Zel’dovich Array, en matris med åtta 3,5 meter radioteleskop i Kalifornien, för att kartlägga 10 starkt linsande galaktiska kluster. De fann en konsekvent tendens till att Einstein-radien för varje gravitationslins skulle vara cirka två gånger det förväntade värdet för massan, bestämd utifrån SZ-effekten, för varje kluster.
Einstein-radien är ett mått på storleken på Einstein-ringen som skulle bildas om ett kluster var exakt orienterat i ett plan som var exakt vänd mot jorden - och där du, linsen och den avlägsna ljuskällan som förstoras, är allt i en rak siktlinje. Starka linsningsgalaxer är i allmänhet endast i nära närhet till denna geometri, men deras Einsteinring och radie (och därmed deras massa) kan uttalas lätt nog.
Gralla m.fl. konstaterar att det här är ett arbete som pågår, för nu bekräftar vi bara överkoncentrationsproblemet i andra undersökningar. De antyder att en möjlighet är att mängden inter-klustermedium kan vara mindre än väntat - vilket innebär att SZ-effekten underskattar den verkliga massan av klustret.
Om det alternativt är en mörk materiaffekt, skulle det finnas mer mörk materia i dessa kluster än den nuvarande 'standardmodellen' för kosmologi (Lambda-Cold Dark Matter) förutsäger. Forskarna verkar vara avsedda att göra ytterligare observationer innan de åker dit.
Vidare läsning: Gralla et al. Sunyaev Zel’dovich Effektobservationer av starka linserande galaxkluster: Undersöker överkoncentrationsproblemet.
Och bara för intresse, Einsteins brev om linsning och ringar: Einstein, A (1936) Linsliknande handling av en stjärna av ljusets avvikelse i gravitationen. Science 84 (2188): 506–507.
