Суњајев-Зељдовичев ефекат

Микроталасно позадинско зрачење са флуктуацијама у температури (неповезане са СЗ ефектом, чије флуктуације су за ред величине мање).

Суњајев-Зељдовичев (СЗ) ефекат је спектрални ефекат микроталасног позадинског зрачења (МПЗ) услед интеракције са електронима у врелом гасу унутар галактичких јата. Настаје услед реакције високоенергетских електрона са микроталасним позадинским зрачењем преко инверзног Комптоновог расејања, када електрони одређени део енергије предају фотонима МПЗ-а. Услед тога спектар МПЗ-а је померен мало ка вишим енергијама, а тиме му је повећана и температура. Промена температуре МПЗ-а услед СЗ ефекта је ≈0.5 мК. Промена енергије фотона МПЗ-а даје податке о промени густине простора кроз који пролази МПЗ.

Суњајев-Зељдовичев ефекат је теоријски предвиђен 1970., а следећих скоро 15 година се чекало на његову детекцију. Сад је већ СЗ ефекат детектован код десетине јата, и постаје изузетно важан и користан ефекат у космологији.

Настанак ефекта

Основни механизам настанка укључује расејање фотона МПЗ-а на електронима који се налазе у гасу унутар галактичког јата. Тај гас иначе чини око четвртину масе јата. Богато јато може да има укупну масу и преко 3×10¹⁴ маса Сунца, а гас се загреје до температура реда величине 10⁷–10⁸ K. Електрони у овој врелој плазми имају два ефекта: први је појава закочног зрачења које производи X зрачење. У другом ефекту електрони интерагују са МПЗ фотонима који пролазе кроз јато. При интеракцији долази до инверзног Комптоновог расејања које повећава енергију фотона који учествују у расејању, чиме долази до померања криве зрачења црног тела ка вишим фреквенцијама. Одатле долази до пада у спектралној криви у једном делу, а до повећања у другом делу. Величина овог ефекта је директно пропорционална концентрацији електрона, и температури. Ово се разликује од термалног закочног зрачења који зависи од концентрације електрона на квадрат. Ова разлика чини СЗ ефекат осетљивијим на већи простор у јату, за разлику од закочног зрачења које се највише јавља у густим централним деловима јата.

Веома је корисно што је СЗ ефекат за исте услове независан од црвеног помака, па се може лако детектовати и на великим помацима, где оптичка или детекција X зрака из јата може бити изузетно компликована. Ефекат је, такође, лако уочљив и на малим помацима.

Примене

Одређивање Хаблове константе

У комбинацији са подацима од закочног зрачења, преко Суњајев-Зељдовичевог ефекта могуће је одредити Хаблову константу потпуно независно од уобичајних метода у којима се узимају подаци на различитим удаљеностима. Ова метода одређивања константе полако почиње да добија на важности како се систематске и случајне грешке полако смањују.

Однос маса у јатима

Поред одређивања Хаблове константе може се добити и однос барионске и укупне масе у јатима. Заједно са подацима посматрања гравитационих сочива у јату може се проценити колико има барионске материје у јату. Како се ти резултати не би требало разликовати између јата, може се добити и укупан проценат за цео свемир. Користећи 18 јата добијено је да барионска материја чини 23 ± 5% укупне масе у свемиру. Ови подаци потврђују недавне индикације да је наш свемир заиста тополошки раван. Са већим бројем податка биће могуће и мерење космолошке константе директно.

Сопствене брзине јата

Могуће је и мерење сопствених брзина галактичких јата преко СЗ ефекта. Процењује се да је за овај посао потребно детектовати промену температуре МПЗ-а од 0.05 mK. За поређење, за јато у Коми директан СЗ ефекат (ефекат без сопственог кретања галактичког јата) је 0.5 мК, и мерења неких других јата дају вредности овог реда величине. Мисија Планк, лансирана 2009., може да детектује овако мале промене температуре МПЗ-а.

Будуће примене

Независност ефекат од црвеног помака даје одличну алатку за проучавање еволуције структура током времена. Ипак, за сада инструменти и даље не могу да траже СЗ ефекат на “празним местима” (где привидно нема неких структура материје) што би дало пун потенцијал проучавања СЗ ефекта.