Les amas de galaxies sont les plus grandes structures connues de l'Univers, contenant des milliers de galaxies et de gaz chaud. Mais plus important, ils contiennent la mystérieuse matière noire, qui représente 27% de toute la matière et de l'énergie. Les modèles actuels de matière noire prédisent que les amas de galaxies ont des noyaux très denses, et ces noyaux contiennent une galaxie très massive qui ne bouge jamais du centre de l'amas.

Mais après avoir étudié dix amas de galaxies, David Harvey du Laboratoire d'astrophysique de l'EPFL et ses collègues en France et au Royaume-Uni ont découvert que la densité est beaucoup plus petite que prévu, et que la galaxie au centre bouge réellement.

Chaque amas de galaxies contient une galaxie plus brillante que les autres, bien nommé « galaxie amas la plus brillante » ou BCG. Des preuves récentes de simulations d'exotiques, la matière noire non standard montre que les BCG vacillent longtemps après que l'amas de galaxies se soit détendu. Il s'agit d'une oscillation résiduelle causée par la fusion massive d'amas de galaxies.

Les chercheurs ont comparé leurs observations aux prédictions de la suite BAHAMAS de simulations hydrodynamiques cosmologiques, constatant que les deux ne correspondaient pas. Selon le modèle standard de la matière noire (appelé « matière noire froide »), cette oscillation n'existe pas parce que l'énorme densité de matière noire la maintient étroitement liée au centre de l'amas de galaxies. Par conséquent, ce décalage suggère l'existence d'une physique encore inconnue qui n'a pas été prise en compte.

Les amas de galaxies que les astronomes ont étudiés agissent également comme de puissantes lentilles gravitationnelles :ils sont si massifs qu'ils déforment suffisamment l'espace-temps pour déformer la lumière qui les traverse, comme une lentille. Par conséquent, ils peuvent être utilisés pour faire une carte de la matière noire, déterminer où se trouve le centre, puis observer comment le BCG vacille autour de ce centre.

"Nous avons constaté que les BCG 'se promènent' au fond des halos, " dit David Harvey. " Cela indique que, au lieu d'une région dense au centre de l'amas de galaxies, il y a une densité centrale beaucoup moins profonde - un signal frappant de formes exotiques de matière noire juste au cœur des amas de galaxies." L'oscillation montre également que les BCG ne peuvent pas coïncider exactement avec le halo de l'amas, ce qui signifie que certains modèles d'amas de galaxies doivent être ajustés.

Les scientifiques étendront leurs recherches avec de plus grandes enquêtes sur des amas de galaxies tels qu'Euclide. Ils espèrent que cela leur permettra de confirmer leurs conclusions, mais aussi pour déterminer si l'oscillation du BCG provient d'une nouvelle physique fondamentale ou d'un nouveau phénomène astrophysique.