Les amas galactiques massifs - qui sont approximativement orientés dans un plan qui est à peu près face à la Terre - peuvent générer de fortes lentilles gravitationnelles. Cependant, plusieurs enquêtes sur ces grappes sont parvenues à la conclusion que ces grappes ont tendance à trop lentiller - au moins plus que ce qui est prévu en fonction de leur masse attendue.
Connu (pour certains chercheurs travaillant dans la région) comme le «problème de la sur-concentration», il semble qu’il s’agisse à première vue d’une masse manquante. Mais plutôt que de simplement jouer la carte de la matière noire, les chercheurs poursuivent des observations plus détaillées - ne serait-ce que pour éliminer d'autres causes possibles.
L'effet Sunyaev-Zel'dovich (SZ) est une nouvelle façon de balayer le ciel à la recherche d'objets massifs comme des amas galactiques - qui déforment le fond cosmique des micro-ondes (CMB) via la diffusion Compton inverse - où les photons (dans ce cas, les photons CMB) interagissent avec des électrons très excités qui transmettent de l'énergie aux photons lors d'une collision, déplaçant les protons vers une fréquence de longueur d'onde plus courte.
L'effet SZ est largement indépendant du décalage vers le rouge - car vous commencez avec la lumière décalée vers le rouge la plus cohérente de l'univers et recherchez un événement ponctuel qui aura le même effet sur cette lumière, qu'il se produise de près ou de loin. un moyen. Ainsi, avec un équipement sensible aux longueurs d'onde CMB, vous pouvez balayer le ciel entier - détecter à la fois des objets proches, qui pourraient être directement observables en optique, ainsi que des objets très éloignés qui pourraient avoir été décalés vers le rouge dans le spectre radio.
L'effet SZ provoque des distorsions CMB de l'ordre du millième de Kelvin et l'effet nécessite des structures vraiment massives - une seule galaxie n'est pas suffisante pour générer à elle seule l'effet SZ. Mais, quand cela fonctionne - l'effet SZ offre une méthode pour mesurer la masse d'un amas galactique - et le fait d'une manière très différente de la lentille gravitationnelle.
On pense que l'effet SZ est médié par des électrons dans le milieu inter-cluster. Cela signifie que l'effet SZ est uniquement le résultat de la matière baryonique, car il est une conséquence de l'effet Compton inverse. Cependant, la lentille gravitationnelle est le résultat de la déformation de l'espace-temps - qui est en partie due à la présence de matière baryonique, mais aussi de matière sombre (c'est-à-dire non baryonique).
Gralla et al ont utilisé le Sunyaev-Zel’dovich Array, un réseau de huit radiotélescopes de 3,5 mètres en Californie, pour étudier 10 amas galactiques à forte lentille. Ils ont trouvé une tendance constante pour le rayon d'Einstein de chaque lentille gravitationnelle à être environ le double de la valeur attendue pour la masse, déterminée à partir de l'effet SZ, de chaque groupe.
Le rayon d'Einstein est une mesure de la taille de l'anneau d'Einstein qui se formerait si un amas était exactement orienté dans un plan qui était exactement face à la Terre - et où vous, la lentille et la source de lumière distante grossie, êtes le tout en ligne droite. Les galaxies fortement lenticulaires ne sont généralement proches que de cette géométrie, mais leur anneau et rayon d'Einstein (et donc leur masse) peuvent être déduits assez facilement.
Gralla et al notent que ce travail est en cours, confirmant pour l'instant le problème de sur-concentration trouvé dans d'autres enquêtes. Ils suggèrent une possibilité est que la quantité de milieu inter-cluster peut être inférieure à celle attendue - ce qui signifie que l'effet SZ sous-estime la masse réelle du cluster.
Si, alternativement, il s'agit d'un effet de matière noire, il y aurait plus de matière noire dans ces grappes que ne le prévoit le «modèle standard» actuel pour la cosmologie (Lambda-Cold Dark Matter). Les chercheurs semblent déterminés à entreprendre d'autres observations avant de s'y rendre.
Lectures complémentaires: Gralla et al. Sunyaev Zel’dovich Observations de l’effet des amas de galaxies à lentilles fortes: sonder le problème de la sur-concentration.
Et juste pour l'intérêt, la lettre d'Einstein sur les lentilles et les anneaux: Einstein, A (1936) Action semblable à une lentille d'une étoile par la déviation de la lumière dans le champ gravitationnel. Science 84 (2188): 506–507.
