Ογκώδεις γαλαξιακές συστάδες - οι οποίες είναι περίπου προσανατολισμένες σε ένα επίπεδο που είναι περίπου στραμμένη προς τη Γη - μπορούν να δημιουργήσουν ισχυρό βαρυτικό φακό. Ωστόσο, αρκετές έρευνες τέτοιων ομάδων κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι αυτές οι συστάδες έχουν τάση υπερβολικού φακού - τουλάχιστον περισσότερο από ό, τι προβλέπεται βάσει της αναμενόμενης μάζας τους.
Γνωστό (σε ορισμένους ερευνητές που εργάζονται στην περιοχή) ως «πρόβλημα υπερσυγκέντρωσης», φαίνεται ότι αποτελεί εκ πρώτης όψεως περίπτωση έλλειψης μάζας. Όμως, αντί να παίζουν απλώς την κάρτα σκοτεινής ύλης, οι ερευνητές ακολουθούν πιο λεπτομερείς παρατηρήσεις - αν όχι μόνο για να εξαλείψουν άλλες πιθανές αιτίες.
Το εφέ Sunyaev-Zel'dovich (SZ) είναι ένας νέος τρόπος σάρωσης του ουρανού για τεράστια αντικείμενα όπως γαλαξιακές συστάδες - που παραμορφώνουν το Κοσμικό Φούρνο Μικροκυμάτων (CMB) μέσω της αντίστροφης σκέδασης Compton - όπου αλληλεπιδρούν τα φωτόνια (σε αυτήν την περίπτωση, τα φωτόνια CMB) με πολύ ενεργοποιημένα ηλεκτρόνια που μεταδίδουν ενέργεια στα φωτόνια κατά τη διάρκεια μιας σύγκρουσης, μετατοπίζοντας τα πρωτόνια σε μικρότερη συχνότητα μήκους κύματος.
Το εφέ SZ είναι σε μεγάλο βαθμό ανεξάρτητο από την κόκκινη μετατόπιση - δεδομένου ότι ξεκινάτε με το πιο σταθερά κόκκινο-μετατοπισμένο φως στο σύμπαν και ψάχνετε για ένα μοναδικό συμβάν που θα έχει το ίδιο αποτέλεσμα σε αυτό το φως είτε συμβαίνει κοντά είτε μακριά Μακριά. Έτσι, με εξοπλισμό ευαίσθητο σε μήκη κύματος CMB, μπορείτε να σαρώσετε ολόκληρο τον ουρανό - ανιχνεύοντας και τα δύο κοντινά αντικείμενα, τα οποία μπορεί να είναι άμεσα παρατηρήσιμα σε οπτικά, καθώς και πολύ μακρινά αντικείμενα που μπορεί να έχουν μετατοπιστεί με κόκκινο χρώμα στο ραδιοφάσμα.
Το εφέ SZ προκαλεί παραμορφώσεις CMB της τάξης του ενός χιλιοστού ενός Kelvin και το αποτέλεσμα απαιτεί πραγματικά τεράστιες δομές - ένας μόνο γαλαξίας δεν επαρκεί για να δημιουργήσει το εφέ SZ από μόνο του. Όμως, όταν λειτουργεί - το εφέ SZ προσφέρει μια μέθοδο μέτρησης της μάζας ενός γαλαξιακού σμήνους - και το κάνει με τρόπο που είναι αρκετά διαφορετικός από τον βαρυτικό φακό.
Το φαινόμενο SZ πιστεύεται ότι διαμεσολαβείται από ηλεκτρόνια στο μέσο διασποράς. Αυτό σημαίνει ότι το φαινόμενο SZ είναι αποκλειστικά το αποτέλεσμα της βαρυονικής ύλης, καθώς είναι συνέπεια του αντίστροφου φαινομένου Compton. Ωστόσο, ο βαρυτικός φακός είναι το αποτέλεσμα της στρέβλωσης του χωροχρόνου - η οποία οφείλεται εν μέρει στην παρουσία της βαρυονικής ύλης, αλλά και της σκοτεινής (δηλαδή της μη βαρυονικής) ύλης.
Οι Gralla et al χρησιμοποίησαν το Sunyaev-Zel'dovich Array, μια σειρά από οκτώ ραδιο τηλεσκόπια 3,5 μέτρων στην Καλιφόρνια, για να ερευνήσουν 10 γαλαξιακές συστάδες με έντονο φακό. Βρήκαν μια σταθερή τάση για την ακτίνα Einstein κάθε βαρυτικού φακού να είναι περίπου διπλάσια από την αναμενόμενη τιμή για τη μάζα, που καθορίζεται από το φαινόμενο SZ, για κάθε συστάδα.
Η ακτίνα του Αϊνστάιν είναι ένα μέτρο του μεγέθους του δακτυλίου του Αϊνστάιν που θα σχηματιστεί εάν ένα σύμπλεγμα ήταν ακριβώς προσανατολισμένο σε ένα επίπεδο που ήταν ακριβώς στραμμένο προς τη Γη - και όπου εσείς, ο φακός και η μακρινή πηγή φωτός που μεγεθύνετε, είστε όλα σε ευθεία όραση. Οι γαλαξίες με έντονο φακό είναι γενικά μόνο κοντά σε αυτήν τη γεωμετρία, αλλά ο δακτύλιος και η ακτίνα του Αϊνστάιν (και συνεπώς η μάζα τους) μπορούν να συναχθούν αρκετά εύκολα.
Οι Gralla et al σημειώνουν ότι αυτό είναι σε εξέλιξη, για τώρα επιβεβαιώνοντας το πρόβλημα της υπερβολικής συγκέντρωσης που βρέθηκε σε άλλες έρευνες. Υποστηρίζουν ότι μια πιθανότητα είναι ότι η ποσότητα του μέσου διασύνδεσης μπορεί να είναι μικρότερη από την αναμενόμενη - πράγμα που σημαίνει ότι το αποτέλεσμα SZ υποτιμά την πραγματική μάζα του συμπλέγματος.
Εάν, εναλλακτικά, είναι αποτέλεσμα σκοτεινής ύλης, θα υπήρχε περισσότερη σκοτεινή ύλη σε αυτές τις συστάδες από ό, τι προβλέπει το τρέχον «τυπικό μοντέλο» για την κοσμολογία (Lambda-Cold Dark Matter). Οι ερευνητές φαίνεται να προτίθενται να προβούν σε περαιτέρω παρατηρήσεις πριν πάνε εκεί.
Περαιτέρω ανάγνωση: Gralla et αϊ. Παρατηρήσεις εφέ Sunyaev Zel’dovich για σμήνη γαλαξιών ισχυρού φακού: Διερεύνηση του προβλήματος της υπερβολικής συγκέντρωσης.
Και για λόγους ενδιαφέροντος, η επιστολή του Αϊνστάιν σχετικά με το φακό και τους δακτυλίους: Αϊνστάιν, Α (1936) Δράση ενός αστέρα με φακό από την απόκλιση του φωτός στο βαρυτικό πεδίο. Science 84 (2188): 506–507.
