Melkwegclusters zijn de grootste bekende structuren in het heelal, met duizenden sterrenstelsels en heet gas. Maar belangrijker, ze bevatten de mysterieuze donkere materie, die goed is voor 27 procent van alle materie en energie. Huidige modellen van donkere materie voorspellen dat clusters van sterrenstelsels zeer dichte kernen hebben, en die kernen bevatten een zeer massief sterrenstelsel dat nooit uit het centrum van de cluster beweegt.

Maar na het bestuderen van tien clusters van sterrenstelsels, David Harvey van EPFL's Laboratory of Astrophysics en zijn collega's in Frankrijk en het VK hebben ontdekt dat de dichtheid veel kleiner is dan voorspeld, en dat de melkweg in het centrum daadwerkelijk beweegt.

Elke cluster van melkwegstelsels bevat een melkwegstelsel dat helderder is dan de andere, toepasselijk genaamd "helderste clustermelkweg" of BCG. Recent bewijs uit simulaties van exotische, niet-standaard donkere materie laat zien dat BCG's in feite wiebelen lang nadat de melkwegcluster is ontspannen. Dit is het resterende wiebelen veroorzaakt door massale samensmelting van clusters van sterrenstelsels.

De onderzoekers vergeleken hun waarnemingen met de voorspellingen van de BAHAMAS-suite van kosmologische hydrodynamische simulaties en ontdekten dat de twee niet overeenkwamen. Volgens het standaardmodel van donkere materie ("koude donkere materie" genoemd), dit wiebelen bestaat niet omdat de enorme dichtheid van donkere materie hem stevig vasthoudt in het centrum van de melkwegcluster. Daarom, deze mismatch suggereert het bestaan ​​van nog onbekende natuurkunde die niet is verklaard.

De clusters van sterrenstelsels die de astronomen hebben bestudeerd, fungeren ook als sterke zwaartekrachtlenzen:ze zijn zo massief dat ze de ruimtetijd voldoende vervormen om het licht dat er doorheen gaat te vervormen, als een lens. Als resultaat, ze kunnen worden gebruikt om een ​​kaart van donkere materie te maken, uitwerken waar het centrum is en dan observeren hoe de BCG rond dit centrum wiebelt.

"We ontdekten dat de BCG's aan de onderkant van de halo's 'klotsen', " zegt David Harvey. "Dit geeft aan dat, in plaats van een dicht gebied in het centrum van de melkwegcluster, er is een veel ondiepere centrale dichtheid - een opvallend signaal van exotische vormen van donkere materie in het hart van clusters van sterrenstelsels." Het wiebelen laat ook zien dat BCG's niet precies kunnen samenvallen met de halo van de cluster, wat betekent dat bepaalde modellen van clusters van sterrenstelsels moeten worden aangepast.

De wetenschappers zullen hun onderzoek uitbreiden met grotere onderzoeken van clusters van sterrenstelsels zoals Euclid. Ze hopen dat ze hierdoor hun bevindingen kunnen bevestigen, maar ook om te bepalen of het wiebelen van BCG zijn oorsprong vindt in nieuwe fundamentele fysica of een nieuw astrofysisch fenomeen.