Kupa galaxií Abell S1063 na snímku Hubbleova teleskopu. Kredit: NASA, ESA & J. Lotz (STScI).

Kupy galaxií jsou největší struktury ve vesmíru, pro které ještě máme speciální název. Obsahují tisíce galaxií, vyplňuje je horký plyn a jsou v mnoha ohledech pozoruhodné. Pokud skutečně existuje temná hmota, a to je stále ještě s otazníkem, tak kupy galaxií obsahují i temnou hmotu, tedy spoustu temné hmoty. Podle vládnoucích modelů vesmíru a temné hmoty by kupy galaxií měly mít velmi hustá jádra. A v takovém jádru by měla sedět jako pecka velmi hmotná galaxie, která se odtamtud nehne.

Teorie je to velmi pěkná. Potíž je v tom, že podle nového pozorování tak docela nefunguje. David Harvey z Laboratoře astrofyziky Švýcarského federálního technologického institutu v Lausanne se svými kolegy prostudoval deset kup galaxií a zjistil, že hustota jejich jader je mnohem nižší, než jak to předpovídají soudobé modely. A taky zjistil, že se galaxie v centru kupy galaxií ve skutečnosti může pohybovat, a to tak, že si toho všimneme přes celý vesmír.

David Harvey. Kredit: D. Harvey.

V každé pořádné kupě galaxií mají ohromnou, velice hmotnou a velice jasnou galaxii, která se nachází velmi blízko středu dotyčné kupy. Bývají to nejjasnější galaxie v kupě, takže se jim přezdívá Brightest cluster galaxy (neboli BCG). Obvykle jde o veliké eliptické galaxie, a jsou mezi nimi nejvíce hmotné galaxie ze všech, které známe ve vesmíru.

Harveyho tým porovnal svá pozorování s předpověďmi kosmologických hydrodynamických simulací projektu BAHAMAS (BAryons and HAloes of MAssive Systems). Záhy se ukázalo, že na sebe nesedí. Simulace BAHAMAS, které používají Standardní kosmologický model s chladnou temnou hmotou (Lambda-Cold Dark Matter model), totiž vedou k tomu, že v kupách galaxií musí být enormní hustota temné hmoty. A takto zahuštěná temná hmota by svojí gravitací měla udržet nejjasnější, tedy BCG galaxii pěkně na svém místě v centru kupy.

Jenomže temná hmota tam takové galaxie neudrží. Harvey a spol. z pozorování vyčetli, že přinejmenším některé BCG galaxie kmitají sem a tam. Pokud v tom není nějaká chyba, tak se pozorování v tomto případě zásadně rozchází s teorií. To by naznačovalo, že existuje nějaký doposud neznámý mechanismus nebo dokonce „nová“ fyzika, na kterou jsou všichni tak natěšení.

Část mapy temné hmoty z projekt KiDS. Kredit: KiDS survey.

Jak vlastně takové pozorování probíhá? Badatelé využili toho, že kupy galaxií fungují jako silné gravitační čočky. Tyto gravitační čočky mohou posloužit ke zmapování temné hmoty v kupě. Temná hmota sice není vidět, ani nijak neinteraguje s běžnou hmotou, gravitace ji ale prozradí. Díky gravitační čočce lze určit, kde je centrum kupy, a také největší hustota temné hmoty. Nakonec už jenom stačilo zjistit, jestli nejjasnější, čili BCG galaxie kupy sedí na místě anebo se pohybuje kolem vytipovaného centra kupy.

Vše nasvědčuje tomu, že v centrech kup galaxií je ve skutečnosti mnohem méně temné hmoty, než jsme si mysleli. Takový výsledek zpochybňuje existenci chladné temné hmoty a zároveň naznačuje, že by v jádrech kup galaxií měla být nějaká více exotická temná hmota. Harvey a jeho tým hodlají své výsledky prověřit na větším souboru kup galaxií. Pak se ukáže, jestli jde o chybu, nový astrofyzikální fenomén anebo vytouženou novou fyziku.

Literatura
Ecole Polytechnique Federale de Lausanne 26. 10. 2017, arXiv:1703.07365, Wikipedia (Brightest cluster galaxy).