Los cúmulos galácticos masivos, que están más o menos orientados en un plano que está más o menos frente a la Tierra, pueden generar lentes gravitacionales fuertes. Sin embargo, varias encuestas de tales grupos han llegado a la conclusión de que estos grupos tienen una tendencia a lentes demasiado, al menos más de lo que se predice en función de su masa esperada.
Conocido (para algunos investigadores que trabajan en el área) como el "problema de sobreconcentración", parece ser un caso prima facie de falta de masa. Pero en lugar de solo jugar la carta de la materia oscura, los investigadores buscan observaciones más detalladas, aunque solo sea para eliminar otras posibles causas.
El efecto Sunyaev-Zel'dovich (SZ) es una forma novedosa de escanear el cielo en busca de objetos masivos como cúmulos galácticos, que distorsionan el fondo cósmico de microondas (CMB) a través de la dispersión inversa de Compton, donde los fotones (en este caso, fotones CMB) interactúan con electrones muy energizados que imparten energía a los fotones durante una colisión, cambiando los protones a una frecuencia de longitud de onda más corta.
El efecto SZ es en gran medida independiente del desplazamiento hacia el rojo, ya que comienza con la luz desplazada hacia el rojo más consistentemente en el universo y está buscando un evento único que tenga el mismo efecto en esa luz, ya sea que ocurra cerca o lejos lejos. Por lo tanto, con un equipo sensible a las longitudes de onda de CMB, puede escanear todo el cielo, detectando tanto objetos cercanos, que pueden ser directamente observables en óptica, como también objetos muy distantes que pueden haber sido desplazados hacia el espectro de radio.
El efecto SZ causa distorsiones CMB del orden de una milésima de Kelvin y el efecto requiere estructuras realmente masivas: una sola galaxia no es suficiente para generar el efecto SZ por sí solo. Pero, cuando funciona, el efecto SZ ofrece un método para medir la masa de un cúmulo galáctico, y lo hace de una manera muy diferente a la lente gravitacional.
Se cree que el efecto SZ está mediado por electrones en el medio entre grupos. Esto significa que el efecto SZ es únicamente el resultado de la materia bariónica, ya que es una consecuencia del efecto inverso de Compton. Sin embargo, la lente gravitacional es el resultado de la deformación del espacio-tiempo, que se debe en parte a la presencia de materia bariónica, pero también de materia oscura (es decir, no bariónica).
Gralla et al utilizaron la matriz Sunyaev-Zel’dovich, un conjunto de ocho radiotelescopios de 3.5 metros en California, para estudiar 10 cúmulos galácticos con lentes muy fuertes. Encontraron una tendencia constante para que el radio de Einstein de cada lente gravitacional sea alrededor del doble del valor esperado para la masa, determinada a partir del efecto SZ, de cada grupo.
El radio de Einstein es una medida del tamaño del anillo de Einstein que se formaría si un cúmulo estuviera exactamente orientado en un plano que estuviera exactamente de frente a la Tierra, y donde usted, la lente y la fuente de luz distante se amplían. Todo en línea recta. Las galaxias con lentes muy fuertes generalmente solo se aproximan mucho a esta geometría, pero su anillo y radio de Einstein (y, por lo tanto, su masa) se pueden inferir con bastante facilidad.
Gralla et al señalan que este es un trabajo en progreso, por ahora solo confirma el problema de sobreconcentración encontrado en otras encuestas. Sugieren que una posibilidad es que la cantidad de medio entre grupos sea menor de lo esperado, lo que significa que el efecto SZ está subestimando la masa real del grupo.
Si, alternativamente, es un efecto de materia oscura, habría más materia oscura en estos grupos de lo que predice el "modelo estándar" actual para cosmología (Materia oscura fría de Lambda). Los investigadores parecen decididos a realizar más observaciones antes de ir allí.
Otras lecturas: Gralla y col. Observaciones del efecto Sunyaev Zel’dovich de cúmulos de galaxias con lentes fuertes: sondeando el problema de la concentración excesiva.
Y solo por interés, la carta de Einstein sobre lentes y anillos: Einstein, A (1936) Acción similar a una lente de una estrella por la desviación de la luz en el campo gravitacional. Science 84 (2188): 506–507.
