Gromady galaktyk to największe znane struktury we Wszechświecie, z których każda zawiera tysiące galaktyk i mnóstwo gorącego gazu. Ale co ważniejsze, zawierają one także tajemniczą ciemną materię, która odpowiada za 27 procent całej materii i energii we Wszechświecie. Obecne modele ciemnej materii przewidują, że gromady galaktyk psiadają bardzo gęste jądra, a owe jądra zawierają bardzo masywną galaktykę, która nie rusza się z centrum gromady.
Jednak po przebadaniu dziesięciu gromad galaktyk David Harvey z EPFL Laboratory of Astrophysics wraz ze współpracownikami z Francji i Wielkiej Brytanii odkrył, że gęstość jest dużo mniejsza niż przewidywano, a galaktyka w centrum w rzeczywistości także się przemieszcza.
Każda gromada galaktyk zawiera galaktykę jaśniejszą od innych zwaną „najjaśniejszą galaktyką w gromadzie” (BCG, ang. brightest cluster galaxy). Najnowsze dowody pochodzące symulacji egzotycznej, niestandardowej ciemnej materii wskazują, że BCG w rzeczywistości wahają się na długo po rozproszeniu gromady. Są to wahania szczątkowe po masywnym procesie łączenia gromad galaktyk.
Badacze porównali swoje obserwacje z przewidywaniami zestawu kosmologicznych symulacji hydrodynamicznych BAHAMAS i okazało się, że wyniki się nie zgadzają. Zgodnie z modelem standardowym ciemnej materii (CDM), te wahania nie istnieją ponieważ potężna gęstość ciemnej materii utrzymuje ją nieruchomo w centrum gromady galaktyk. Dlatego też niezgodność z obserwacjami wskazuje na obecność jeszcze nieznanych procesów fizycznych, które nie zostały uwzględnione w symulacjach.
Gromady galaktyk badane przez astronomów także działają jako silne soczewki grawitacyjne; są one na tyle masywne, że zakrzywiają czasoprzestrzeń w swoim otoczeniu odkształcając mijające je promienie z odleglejszych źródeł – niczym soczewki. Dzięki temu można je wykorzystywać do tworzenia map ciemnej materii, co z kolei pozwala oszacować lokalizację centrum i obserwację wahań BCG.
„Odkryliśmy, że BCG bujają się na dnie halo” mówi David Harvey. „To wskazuje, że zamiast gęstych regionów w centrum gromady galaktyk, istnieją tam dużo płytsze centralne zagęszczenia – to zdumiewając sygnał obecności egzotycznych form ciemnej materii w samych centrach gromad galaktyk”. Wahania wskazują także, że BCG nie mogą występować dokładnie w tym samym miejscu co halo gromady, co z kolei oznacza, że wiele modeli gromad galaktyk wymaga korekty.
Naukowcy planują rozszerzyć swoje badania o większe przeglądy gromad galaktyk takie jak Euclid. Mają nadzieję, że pozwolą one na potwierdzenie ich obserwacji, ale także na określenie czy wahania BCG wskazują na nową fizykę czy też na nieznane jeszcze zjawiska astrofizyczne.
Źródło: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne