Enorme galactische clusters - die ruwweg zijn georiënteerd in een vlak dat ruwweg op de aarde is gericht - kunnen een sterke zwaartekrachtlens genereren. Verschillende onderzoeken naar dergelijke clusters hebben echter tot de conclusie geleid dat deze clusters de neiging hebben om te veel te lenzen - in ieder geval meer dan wordt voorspeld op basis van hun verwachte massa.
Bekend (bij sommige onderzoekers in het gebied) als het ‘overconcentratieprobleem’, lijkt het op het eerste gezicht een geval van ontbrekende massa te zijn. Maar in plaats van alleen de donkere-materiekaart te spelen, streven onderzoekers naar meer gedetailleerde waarnemingen - al was het maar om andere mogelijke oorzaken te elimineren.
Het Sunyaev-Zel'dovich (SZ) -effect is een nieuwe manier om de lucht te scannen op massieve objecten zoals galactische clusters - die de kosmische microgolfachtergrond (CMB) vervormen via inverse Compton-verstrooiing - waar fotonen (in dit geval CMB-fotonen) op elkaar inwerken met zeer bekrachtigde elektronen die tijdens een botsing energie aan de fotonen geven, waardoor de protonen naar een kortere golflengtefrequentie worden verschoven.
Het SZ-effect is grotendeels onafhankelijk van roodverschuiving - aangezien u begint met het meest consistent roodverschoven licht in het universum en op zoek bent naar een eenmalige gebeurtenis die hetzelfde effect op dat licht zal hebben, of het nu dichtbij of veraf gebeurt weg. Met apparatuur die gevoelig is voor CMB-golflengten, kunt u dus de hele hemel scannen - waarbij u zowel dichtbijgelegen objecten detecteert, die mogelijk direct waarneembaar zijn in optische, als zeer verre objecten die mogelijk rood zijn verschoven naar het radiospectrum.
Het SZ-effect veroorzaakt CMB-vervormingen in de orde van grootte van een duizendste van een Kelvin en het effect vereist echt enorme structuren - een enkel sterrenstelsel is niet voldoende om het SZ-effect alleen te genereren. Maar als het werkt - het SZ-effect biedt een methode om de massa van een galactische cluster te meten - en doet het op een heel andere manier dan gravitatielensing.
Aangenomen wordt dat het SZ-effect wordt veroorzaakt door elektronen in het intercluster-medium. Dit betekent dat het SZ-effect uitsluitend het resultaat is van baryonische materie, omdat het een gevolg is van het inverse Compton-effect. Zwaartekrachtlensing is echter het gevolg van het vervormen van de ruimtetijd - wat gedeeltelijk te wijten is aan de aanwezigheid van baryonische materie, maar ook van donkere (dat wil zeggen niet-baryonische) materie.
Gralla et al. Gebruikten de Sunyaev-Zel’dovich Array, een array van acht 3,5-meter radiotelescopen in Californië, om 10 sterk lensende galactische clusters te onderzoeken. Ze vonden een consistente neiging voor de Einstein-straal van elke zwaartekrachtlens om ongeveer tweemaal de verwachte waarde voor de massa te zijn, bepaald op basis van het SZ-effect, van elke cluster.
De Einstein-straal is een maat voor de grootte van de Einstein-ring die zou worden gevormd als een cluster precies was georiënteerd in een vlak dat precies op de aarde was gericht - en waar jij, de lens en de verre lichtbron die wordt vergroot, zijn allemaal in een rechte lijn. Sterk lensende sterrenstelsels komen over het algemeen alleen dicht bij deze geometrie, maar hun Einstein-ring en -radius (en dus hun massa) kunnen gemakkelijk genoeg worden afgeleid.
Gralla et al. Merken op dat dit werk in uitvoering is, maar bevestigen nu het overconcentratieprobleem in andere onderzoeken. Ze suggereren dat een mogelijkheid is dat de hoeveelheid interclustermedium minder is dan verwacht, wat betekent dat het SZ-effect de werkelijke massa van het cluster onderschat.
Als het als alternatief een effect van donkere materie is, zou er in deze clusters meer donkere materie zijn dan het huidige ‘standaardmodel’ voor kosmologie (Lambda-Cold Dark Matter) voorspelt. De onderzoekers lijken van plan verdere observaties te doen voordat ze daarheen gaan.
Verder lezen: Gralla et al. Sunyaev Zel’dovich Effect Waarnemingen van Galaxy Lens-clusters met een sterke lens: onderzoek naar het probleem van overconcentratie.
En alleen voor interesse, Einsteins brief over lensing en ringen: Einstein, A (1936) Lensachtige actie van een ster door de afwijking van licht in het zwaartekrachtveld. Wetenschap 84 (2188): 506-507.
