Gli ammassi di galassie sono le più grandi strutture conosciute nell'Universo, contenente migliaia di galassie e gas caldo. Ma soprattutto, contengono la misteriosa materia oscura, che rappresenta il 27 percento di tutta la materia e l'energia. Gli attuali modelli di materia oscura prevedono che gli ammassi di galassie abbiano nuclei molto densi, e quei nuclei contengono una galassia molto massiccia che non si sposta mai dal centro dell'ammasso.

Ma dopo aver studiato dieci ammassi di galassie, David Harvey del Laboratorio di Astrofisica dell'EPFL e i suoi colleghi in Francia e nel Regno Unito hanno scoperto che la densità è molto più piccola del previsto, e che la galassia al centro si muove effettivamente.

Ogni ammasso di galassie contiene una galassia più luminosa delle altre, giustamente chiamato "galassia a grappolo più brillante" o BCG. Prove recenti da simulazioni di esotici, la materia oscura non standard mostra che i BCG in realtà oscillano molto tempo dopo che l'ammasso di galassie si è rilassato. Si tratta di oscillazioni residue causate dalla massiccia fusione di ammassi di galassie.

I ricercatori hanno confrontato le loro osservazioni con le previsioni della suite BAHAMAS di simulazioni idrodinamiche cosmologiche, scoprendo che le due non corrispondevano. Secondo il Modello Standard della materia oscura (chiamato "materia oscura fredda"), questa oscillazione non esiste perché l'enorme densità di materia oscura la tiene strettamente legata al centro dell'ammasso di galassie. Perciò, questa discrepanza suggerisce l'esistenza di fisica ancora sconosciuta che non è stata spiegata.

Gli ammassi di galassie studiati dagli astronomi fungono anche da potenti lenti gravitazionali:sono così massicci da deformare lo spazio-tempo abbastanza da distorcere la luce che li attraversa, come una lente. Di conseguenza, possono essere usati per fare una mappa della materia oscura, capire dove si trova il centro e poi osservare come il BCG oscilla intorno a questo centro.

"Abbiamo scoperto che i BCG 'svolazzano' intorno alla parte inferiore degli aloni, " dice David Harvey. "Questo indica che, invece di una regione densa al centro dell'ammasso di galassie, c'è una densità centrale molto più bassa, un segnale sorprendente di forme esotiche di materia oscura proprio nel cuore degli ammassi di galassie." L'oscillazione mostra anche che i BCG non possono coincidere esattamente con l'alone dell'ammasso, il che significa che alcuni modelli di ammassi di galassie devono essere modificati.

Gli scienziati estenderanno la loro ricerca con indagini più ampie di ammassi di galassie come Euclid. Sperano che questo permetterà loro di confermare le loro scoperte, ma anche per determinare se l'oscillazione del BCG ha origine in una nuova fisica fondamentale o in un nuovo fenomeno astrofisico.