Enormi ammassi galattici - che sono approssimativamente orientati in un piano che si trova approssimativamente a faccia in su sulla Terra - possono generare lenti gravitazionali forti. Tuttavia, diversi sondaggi su tali cluster hanno raggiunto la conclusione che questi cluster hanno la tendenza a concentrarsi troppo - almeno più di quanto previsto in base alla loro massa prevista.
Conosciuto (per alcuni ricercatori che lavorano nell'area) come "problema di concentrazione eccessiva", sembra essere un caso prima facie di massa mancante. Ma piuttosto che giocare semplicemente la carta della materia oscura, i ricercatori stanno perseguendo osservazioni più dettagliate, se non altro per eliminare altre possibili cause.
L'effetto Sunyaev-Zel'dovich (SZ) è un nuovo modo di scansionare il cielo alla ricerca di oggetti enormi come ammassi galattici - che distorcono il Cosmic Microwave Background (CMB) attraverso lo scattering Compton inverso - dove i fotoni (in questo caso, i fotoni CMB) interagiscono con elettroni molto energizzati che impartiscono energia ai fotoni durante una collisione, spostando i protoni su una frequenza di lunghezza d'onda più breve.
L'effetto SZ è in gran parte indipendente dallo spostamento verso il rosso, poiché si inizia con la luce spostata in modo più uniforme nell'universo e si è alla ricerca di un evento unico che avrà lo stesso effetto su quella luce, indipendentemente dal fatto che accada vicino o lontano lontano. Quindi, con apparecchiature sensibili alle lunghezze d'onda CMB, è possibile scansionare l'intero cielo, rilevando sia oggetti vicini, che potrebbero essere osservabili direttamente in ottica, sia oggetti molto distanti che potrebbero essere stati spostati in rosso nello spettro radio.
L'effetto SZ provoca distorsioni CMB nell'ordine del millesimo di un Kelvin e l'effetto richiede strutture davvero enormi: una sola galassia non è sufficiente per generare l'effetto SZ da solo. Ma quando funziona - l'effetto SZ offre un metodo per misurare la massa di un ammasso galattico - e lo fa in un modo molto diverso dall'obiettivo gravitazionale.
Si ritiene che l'effetto SZ sia mediato dagli elettroni nel mezzo inter-cluster. Ciò significa che l'effetto SZ è solo il risultato della materia barionica, poiché è una conseguenza dell'effetto Compton inverso. Tuttavia, la lente gravitazionale è il risultato della deformazione dello spazio-tempo - che è in parte dovuta alla presenza di materia barionica, ma anche di materia oscura (cioè non barionica).
Gralla et al. Hanno usato l'Array Sunyaev-Zel'dovich, una serie di otto radiotelescopi da 3,5 metri in California, per esaminare 10 ammassi galattici fortemente orientati. Hanno trovato una tendenza costante per il raggio di Einstein di ciascuna lente gravitazionale di essere circa il doppio del valore atteso per la massa, determinata dall'effetto SZ, di ciascun cluster.
Il raggio di Einstein è una misura della dimensione dell'anello di Einstein che si formerebbe se un ammasso fosse esattamente orientato su un piano che era esattamente rivolto verso la Terra - e dove tu, la lente e la lontana sorgente luminosa che stai ingrandendo, sei tutto in linea retta. Le galassie con lente forte sono generalmente solo in stretta approssimazione a questa geometria, ma il loro anello e raggio di Einstein (e quindi la loro massa) possono essere dedotti abbastanza facilmente.
Gralla et al. Notano che si tratta di lavori in corso, per ora stanno solo confermando il problema dell'eccessiva concentrazione riscontrato in altre indagini. Suggeriscono una possibilità che la quantità di mezzo tra cluster possa essere inferiore alle aspettative, il che significa che l'effetto SZ sta sottovalutando la massa reale del cluster.
Se, in alternativa, si tratta di un effetto materia oscura, in questi cluster vi sarebbe più materia oscura di quanto preveda l'attuale "modello standard" per la cosmologia (Lambda-Cold Dark Matter). I ricercatori sembrano intenzionati a intraprendere ulteriori osservazioni prima di andare lì.
Ulteriori letture: Gralla et al. Osservazioni dell'effetto di Sunyaev Zel’dovich su cluster di galassie con lenti forti: sondare il problema di un'eccessiva concentrazione.
E solo per interesse, la lettera di Einstein su lenti e anelli: Einstein, A (1936) Azione simile a una lente di una stella dalla deviazione della luce nel campo gravitazionale. Scienza 84 (2188): 506–507.
