Massive galaktiske klynger - som er groft orienterede i et plan, der er nogenlunde vendt mod Jorden - kan generere stærk gravitationslinse. Flere undersøgelser af sådanne klynger har imidlertid nået den konklusion, at disse klynger har en tendens til at linse for meget - i det mindste mere end forventet baseret på deres forventede masse.
Kendt (for nogle forskere, der arbejder i området) som 'overkoncentrationsproblemet', ser det ud til at være et prima facie-tilfælde af manglende masse. Men snarere end bare at spille det mørke stofkort, forfølger forskere mere detaljerede observationer - om ikke desto mindre for at fjerne andre mulige årsager.
Sunyaev-Zel'dovich (SZ) -effekten er en ny måde at skanne himlen på efter massive objekter som galaktiske klynger - som forvrænger den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB) via invers Compton-spredning - hvor fotoner (i dette tilfælde CMB-fotoner) interagerer med meget aktiverede elektroner, der overfører energi til fotonerne under en kollision, der skifter protonerne til en kortere bølgelængdefrekvens.
SZ-effekten er stort set uafhængig af rødskift - da du starter med det mest konsistent rødskiftede lys i universet og leder efter en engangshændelse, der vil have den samme effekt på dette lys, uanset om det sker tæt på eller langt væk. Så med udstyr, der er følsomt over for CMB-bølgelængder, kan du scanne hele himlen - detektere både nære objekter, som kan være direkte observerbare i optiske, såvel som meget fjerne objekter, der kan være blevet rødt skiftet ind i radiospektret.
SZ-effekten forårsager CMB-forvrængninger i størrelsesordenen en tusindedel af en Kelvin, og effekten kræver virkelig massive strukturer - en enkelt galakse er ikke tilstrækkelig til at generere SZ-effekten på egen hånd. Men når det fungerer - tilbyder SZ-effekten en metode til at måle massen af en galaktisk klynge - og gør det på en måde, der er helt anderledes end gravitationslinser.
SZ-effekten antages at være formidlet af elektroner i interklynge-mediet. Dette betyder, at SZ-effekten udelukkende er resultatet af baryonisk stof, da det er en konsekvens af den omvendte Compton-effekt. Gravitationslinsering er imidlertid resultatet af vridning af rumtid - hvilket delvis skyldes tilstedeværelsen af baryonisk stof, men også af mørkt (dvs. ikke-baryonisk) stof.
Gralla et al brugte Sunyaev-Zel’dovich Array, en række otte 3,5 meter radioteleskoper i Californien, til at undersøge 10 stærkt linsende galaktiske klynger. De fandt en konstant tendens til, at Einstein-radius for hver gravitationslinse var omkring det dobbelte af den forventede værdi for massen, bestemt ud fra SZ-effekten, for hver klynge.
Einstein-radius er et mål på størrelsen på Einstein-ringen, der ville dannes, hvis en klynge var nøjagtigt orienteret i et plan, der var nøjagtigt vendt mod Jorden - og hvor du, linsen og den fjerne lyskilde, der forstørres, er alt sammen i en lige synslinie. Stærk linsegalakser er generelt kun i tæt tilnærmelse til denne geometri, men deres Einstein-ring og radius (og dermed deres masse) kan udledes let nok.
Gralla m.fl. bemærker, at dette er igangværende arbejde, for nu kun at bekræfte det overkoncentrationsproblem, der findes i andre undersøgelser. De antyder, at en mulighed er, at mængden af interklyngemedium kan være mindre end forventet - hvilket betyder, at SZ-effekten undervurderer klyngens reelle masse.
Hvis det alternativt er en mørk materieeffekt, ville der være mere mørkt stof i disse klynger end den nuværende 'standardmodel' for kosmologi (Lambda-Cold Dark Matter) forudsiger. Forskerne ser ud til at være villige til at foretage yderligere observationer, før de går dertil.
Yderligere læsning: Gralla et al. Sunyaev Zel’dovich Effektobservationer af stærk linse-galakse-klynger: Undersøgelse af overkoncentrationsproblemet.
Og bare for interesse, Einsteins brev om linser og ringe: Einstein, A (1936) Objektivlignende handling af en stjerne ved lysets afvigelse på tyngdefeltet. Videnskab 84 (2188): 506–507.
