Massive galaktische Cluster, die grob in einer Ebene ausgerichtet sind, die ungefähr der Erde zugewandt ist, können eine starke Gravitationslinse erzeugen. Mehrere Untersuchungen solcher Cluster sind jedoch zu dem Schluss gekommen, dass diese Cluster dazu neigen, zu stark zu linsen - zumindest mehr als aufgrund ihrer erwarteten Masse vorhergesagt wird.
Bekannt (für einige in der Region tätige Forscher) als „Überkonzentrationsproblem“, scheint es sich um einen Anscheinsfall fehlender Masse zu handeln. Aber anstatt nur die Karte der dunklen Materie zu spielen, verfolgen die Forscher detailliertere Beobachtungen - schon allein, um andere mögliche Ursachen zu beseitigen.
Der Sunyaev-Zel'dovich (SZ) -Effekt ist eine neuartige Methode, um den Himmel nach massiven Objekten wie galaktischen Clustern abzusuchen, die den kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) durch inverse Compton-Streuung verzerren, wobei Photonen (in diesem Fall CMB-Photonen) interagieren mit sehr angeregten Elektronen, die den Photonen während einer Kollision Energie verleihen und die Protonen auf eine kürzere Wellenlängenfrequenz verschieben.
Der SZ-Effekt ist weitgehend unabhängig von der Rotverschiebung - da Sie mit dem beständigsten Rotverschiebungslicht im Universum beginnen und nach einem einmaligen Ereignis suchen, das den gleichen Effekt auf dieses Licht hat, unabhängig davon, ob es in der Nähe oder in der Ferne auftritt Weg. Mit Geräten, die für CMB-Wellenlängen empfindlich sind, können Sie den gesamten Himmel scannen und dabei sowohl nahe Objekte erfassen, die in der Optik direkt beobachtbar sind, als auch sehr weit entfernte Objekte, die möglicherweise rot in das Funkspektrum verschoben wurden.
Der SZ-Effekt verursacht CMB-Verzerrungen in der Größenordnung von einem Tausendstel Kelvin und der Effekt erfordert wirklich massive Strukturen - eine einzelne Galaxie reicht nicht aus, um den SZ-Effekt alleine zu erzeugen. Aber wenn es funktioniert - der SZ-Effekt bietet eine Methode zur Messung der Masse eines galaktischen Clusters - und zwar auf eine Weise, die sich von der Gravitationslinse deutlich unterscheidet.
Es wird angenommen, dass der SZ-Effekt durch Elektronen im Intercluster-Medium vermittelt wird. Dies bedeutet, dass der SZ-Effekt ausschließlich das Ergebnis baryonischer Materie ist, da er eine Folge des inversen Compton-Effekts ist. Gravitationslinsen sind jedoch das Ergebnis der Verzerrung der Raum-Zeit - was teilweise auf das Vorhandensein von baryonischer Materie, aber auch von dunkler (d. H. Nicht-baryonischer) Materie zurückzuführen ist.
Gralla et al. Verwendeten das Sunyaev-Zel’dovich-Array, ein Array von acht 3,5-Meter-Radioteleskopen in Kalifornien, um 10 stark linsenförmige galaktische Cluster zu untersuchen. Sie fanden eine konsistente Tendenz, dass der Einstein-Radius jeder Gravitationslinse etwa doppelt so hoch ist wie der erwartete Wert für die Masse, die aus dem SZ-Effekt jedes Clusters bestimmt wird.
Der Einstein-Radius ist ein Maß für die Größe des Einstein-Rings, der gebildet würde, wenn ein Cluster genau in einer Ebene ausgerichtet wäre, die genau auf der Erde liegt - und wo Sie, die Linse und die entfernte Lichtquelle, vergrößert werden alles in einer geraden Sichtlinie. Stark linsenförmige Galaxien sind im Allgemeinen nur in enger Annäherung an diese Geometrie, aber ihr Einsteinring und -radius (und damit ihre Masse) können leicht genug abgeleitet werden.
Gralla et al. Bemerken, dass dies noch in Arbeit ist, und bestätigen derzeit nur das Überkonzentrationsproblem, das in anderen Umfragen festgestellt wurde. Sie legen nahe, dass eine Möglichkeit darin besteht, dass die Menge an Intercluster-Medium geringer als erwartet ist - was bedeutet, dass der SZ-Effekt die tatsächliche Masse des Clusters unterschätzt.
Wenn es sich alternativ um einen Effekt der Dunklen Materie handelt, würde sich in diesen Clustern mehr Dunkle Materie befinden, als das derzeitige „Standardmodell“ für die Kosmologie (Lambda-Kalte Dunkle Materie) vorhersagt. Die Forscher scheinen darauf bedacht zu sein, weitere Beobachtungen vorzunehmen, bevor sie dorthin gehen.
Weiterführende Literatur: Gralla et al. Beobachtungen des Sunyaev Zel’dovich-Effekts von Galaxienhaufen mit starker Linse: Untersuchung des Problems der Überkonzentration.
Und nur aus Interesse, Einsteins Brief über Linsen und Ringe: Einstein, A (1936) Linsenartige Aktion eines Sterns durch Lichtabweichung im Gravitationsfeld. Science 84 (2188): 506–507.
