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.
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.
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).