Galaxkluster är de största kända strukturerna i universum, som innehåller tusentals galaxer och het gas. Men ännu viktigare, de innehåller den mystiska mörka materien, som står för 27 procent av all materia och energi. Nuvarande modeller av mörk materia förutspår att galaxhopar har mycket täta kärnor, och dessa kärnor innehåller en mycket massiv galax som aldrig rör sig från klustrets centrum.

Men efter att ha studerat tio galaxhopar, David Harvey vid EPFL:s Laboratory of Astrophysics och hans kollegor i Frankrike och Storbritannien har upptäckt att densiteten är mycket mindre än förutspått, och att galaxen i mitten faktiskt rör sig.

Varje galaxhop innehåller en galax som är ljusare än de andra, passande namnet "brightest cluster galaxy" eller BCG. Nya bevis från simuleringar av exotiska, icke-standardiserad mörk materia visar att BCG faktiskt vacklar långt efter att galaxhopen har slappnat av. Detta är kvarvarande vinkling orsakad av massiv sammanslagning av galaxhopar.

Forskarna jämförde sina observationer med förutsägelserna från BAHAMAS-sviten av kosmologiska hydrodynamiska simuleringar och fann att de två inte matchade. Enligt standardmodellen för mörk materia (kallad "kall mörk materia"), denna vingling existerar inte eftersom den enorma tätheten av mörk materia håller den hårt bunden i mitten av galaxhopen. Därför, denna oöverensstämmelse antyder existensen av ännu okänd fysik som inte har redovisats.

De galaxhopar som astronomerna studerade fungerar också som starka gravitationslinser:de är så massiva att de förvränger rymdtiden tillräckligt för att förvränga ljuset som passerar genom dem, som en lins. Som ett resultat, de kan användas för att göra en karta över mörk materia, räkna ut var mitten är och sedan observera hur BCG vinglar runt detta centrum.

"Vi upptäckte att BCG:arna "snäpper" runt i botten av gloriorna, " säger David Harvey. "Detta indikerar att, istället för ett tätt område i mitten av galaxhopen, det finns en mycket grundare central densitet – en slående signal om exotiska former av mörk materia precis i hjärtat av galaxhopar." Vacklingen visar också att BCG inte kan sammanfalla exakt med klustrets gloria, vilket innebär att vissa modeller av galaxhopar måste justeras.

Forskarna kommer att utöka sin forskning med större undersökningar av galaxhopar som Euklid. De hoppas att detta kommer att göra det möjligt för dem att bekräfta sina upptäckter, men också för att avgöra om BCG-wobbling har sitt ursprung i ny fundamental fysik eller ett nytt astrofysiskt fenomen.