Νέα στοιχεία για την σκοτεινή ύλη την καθιστούν ακόμη πιο εξωτική

Τα σμήνη γαλαξιών είναι οι μεγαλύτερες γνωστές δομές στο σύμπαν, που περιέχουν χιλιάδες γαλαξίες και θερμό αέριο. Αλλά το σημαντικότερο είναι ότι περιέχουν τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη, η οποία αναλογεί στο 27% της συνολικής ύλης και ενέργειας. Τα σημερινά μοντέλα σκοτεινής ύλης προβλέπουν ότι τα σμήνη γαλαξιών έχουν πολύ πυκνούς πυρήνες και αυτοί οι πυρήνες περιέχουν έναν γαλαξία πολύ μεγάλης μάζας, ο οποίος ποτέ δεν κινήθηκε από το κέντρο του σμήνους. Μετά, όμως, από τη μελέτη δέκα γαλαξιακών σμηνών, ο David Harvey από το Εργαστήριο Αστροφυσικής της EPFL (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) και οι συνάδελφοί του σε Γαλλία και Ηνωμένο Βασίλειο ανακάλυψαν ότι η πυκνότητα είναι πολύ μικρότερη από αυτή που προβλέπονταν και ότι ο γαλαξίας στο κέντρο στην πραγματικότητα κινείται.Κάθε γαλαξιακό σμήνος περιέχει ένα γαλαξία ο οποίος είναι φωτεινότερος από τους άλλους, που εύστοχα ονομάζεται «φωτεινότερος γαλαξίας του σμήνους» ή BCG (brightest cluster galaxy). Πρόσφατα δεδομένα από προσομοιώσεις εξωτικής, μη τυπικής σκοτεινής ύλης δείχνουν ότι οι BCGs παραδόξως ταλαντεύονται πολύ μετά από τότε που το γαλαξιακό σμήνος έχει ηρεμήσει. Αυτή είναι η παραμένουσα ταλάντωση που προκλήθηκε από τη μαζική συγχώνευση γαλαξιακών σμηνών.
Οι ερευνητές συγκρίνοντας τις παρατηρήσεις τους με τις προβλέψεις από τη σουίτα υδροδυναμικών κοσμολογικών προσομοιώσεων BAHAMAS, βρήκαν ότι αυτές οι δυο δεν ταίριαζαν. Σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο σκοτεινής ύλης (που ονομάζεται «ψυχρή σκοτεινή ύλη»), αυτή η ταλάντωση δεν υπάρχει επειδή η τεράστια πυκνότητα της σκοτεινής ύλης κρατάει τον BCG σφιχτά δεσμευμένο στο κέντρο του γαλαξιακού σμήνους. Επομένως, αυτή η ασυμφωνία στηρίζει την ύπαρξη μιας άγνωστης ακόμη φυσικής που δεν έχει εξηγηθεί.
Τα γαλαξιακά σμήνη που μελέτησαν οι αστρονόμοι λειτουργούν επίσης ως ισχυροί βαρυτικοί φακοί: είναι τόσο μεγάλης μάζας που παραμορφώνουν το χωρόχρονο αρκετά ώστε να αλλοιώσουν του φως που περνά μέσα από αυτά, όπως ένας φακός. Κατά συνέπεια, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη χαρτογράφηση της σκοτεινής ύλης, εργαζόμενοι εκτός της περιοχής του κέντρου και παρατηρώντας μετά πώς ταλαντώνεται ο BCG γύρω από αυτό το κέντρο.
«Βρήκαμε ότι οι BCGs «ταρακουνιούνται» περίπου στο κάτω μέρος της άλω» αναφέρει ο David Harvey. «Αυτό δείχνει ότι αντί μιας πυκνής περιοχής στο κέντρο του γαλαξιακού σμήνους, υπάρχει μια πολύ μικρότερη κεντρική πυκνότητα – ένα εντυπωσιακό σήμα εξωτικής μορφής σκοτεινής ύλης ακριβώς στην καρδιά των γαλαξιακών σμηνών». Η ταλάντωση επίσης δείχνει ότι οι BCGs δεν συμπίπτουν ακριβώς με την άλω του σμήνους, πράγμα που σημαίνει ότι ορισμένα μοντέλα γαλαξιακών σμηνών πρέπει να προσαρμοστούν.
Οι επιστήμονες θα διευρύνουν την έρευνά τους με ευρύτερες επισκοπήσεις γαλαξιακών σμηνών όπως η (αποστολή της ESA) «Ευκλείδης». Ελπίζουν ότι αυτές θα τους επιτρέψουν να επιβεβαιώσουν τα ευρήματά τους, όμως επίσης να προσδιορίσουν αν η ταλάντωση του BCGαιτιολογείται στο πλαίσιο μας νέας βασικής φυσικής ή ενός νέου αστροφυσικού φαινομένου.

Πηγή: EPFL egno.gr

https://arxiv.org/abs/1703.07365Περισσότερα στη δημοσίευση: A detection of wobbling Brightest Cluster Galaxies within massive galaxy clusters. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society