Скопления галактик, галактические кластеры - это самые большие из известных структур во Вселенной, содержащие тысячи галактик, "купающихся" в облаках сверхгорячего газа. Помимо этого, галактические кластеры являются местами концентрации темной материи, доля которой составляет 27 процентов от общего количества материи и энергии во Вселенной. Нынешние космологические модели, учитывающие наличие темной материи, указывают на то, что скопления галактик должны иметь очень плотные ядра, в центре которых должна находиться очень массивная галактика, которая никогда и никуда не перемещается из точки центра скопления.
После изучения около десятка скоплений галактик, Дэвид Харви (David Harvey), ученый из Астрофизической лаборатории Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL), вместе с его коллегами из Франции и Великобритании обнаружил, что плотность обычной материи в центре каждого из скоплений намного ниже плотности, которая определена теоретическими моделями. Кроме этого, самая центральная галактика скопления не неподвижна, а перемещается, пусть и с небольшой скоростью.
Каждое из скоплений содержит минимум одну галактику, которая выделяется из общего ряда своей повышенной яркостью. Такие галактики называют термином "самая яркая галактика скопления" (brightest cluster galaxy, BCG). Результаты моделирования, учитывающие влияние темной материи, указывают на то, что BCG-галактика должна совершать колебательные движения, в то время как остальные галактики уже стабилизировались. Это - остаточное колебание, которое было вызвано ранее процессом слияния двух скоплений в одно более массивное. Именно это процесс является единственным основным процессом роста и развития скоплений галактик.
Исследователи сравнили данные, полученные путем наблюдений за реальными скоплениями галактик, с данными, полученных путем расчета набора космологических гидродинамических моделей под названием BAHAMAS, и нашли целый ряд существенных различий. Согласно Стандартной Модели, плотные скопления холодной темной материи, находящиеся в центре каждого скопления галактик, не должны колебаться сами и не давать колебаться другим космическим объектам, связывая их узами своей гравитации. И найденные несоответствия в виде колеблющихся BCG-галактик, дрейфующих центральных галактик скопления указывают на существование какой-то еще неизвестной ученым физики, определяющей происходящие в скоплениях необычные процессы.
Ученые-астрономы подробно изучили скопления галактик и происходящие в них процессы за счет эффекта гравитационных линз, которые создается за счет гравитационного поля скопления. Все происходящее внутри скопления тут же отражается на создаваемой им гравитационной линзе, благодаря чему становится возможным составление карты распределения темной материи, установление местоположения центра скопления и слежение за колебаниями BCG-галактики.
"Мы обнаружили, что BCG-галактики буквально "вьются" вокруг нижней части центральной области скопления" - рассказывает Дэвид Харви, - "Это указывает на наличие в этой области большого количества материи. А так как плотность обычной материи в этой области весьма невысока, то этот факт является доказательством существования плотного "облака" экзотической формы темной материи в центре скопления".
В будущем ученые планируют провести дополнительные исследования, используя данные разных обзоров, в частности обзора Euclid. Это, как они надеются, позволит им еще раз подтвердить результаты проделанной работы и определить, являются ли колебания BCG-галактик результатами действия какой-то "новой фундаментальной физики", связанной с темной материей, или просто новым астрофизическим явлением.