Các cụm thiên hà là những cấu trúc lớn nhất được biết tới trong vũ trụ, chúng chứa hàng nghìn thiên hà cùng khí nóng. Nhưng quan trọng hơn, chúng chứa cả vật chất tối - thành phần bí ẩn tạo nên 27% toàn bộ vật chất và năng lượng của vũ trụ. Các mô hình hiện có về vật chất tối dự đoán rằng các cụm thiên hà đều có nhân đặc và nhân đó có chứa một thiên hà rất lớn không bao giờ dịch chuyển khỏi trung tâm của cụm.
Tuy nhiên, sau khi thực hiện nghiên cứu trên 10 cụm thiên hà, David Harvey tại Phòng thí nghiệm Vật lý thiên văn thuộc Viện công nghệ Liên bang Thụy Sỹ Lausanne (EPFL) cùng các đồng nghiệp của ông đã khám phá ra rằng mật độ của chúng thấp hơn nhiều so với dự đoán và thiên hà ở trung tâm của các cụm thực tế có dịch chuyển.
Mọi cụm thiên hà đều chứa một thiên hà sáng hơn các thiên hà khác trong cụm, được gọi là thiên hà sáng nhất cụm - viết tắt là BCG (brightest cluster galaxy). Bằng chứng mới đây từ các mô phỏng vật chất tối khác thường cho thấy các BCG vẫn có dao động sau khi cụm đã ổn định. Dao động này xuất phát từ ảnh hưởng của những cuộc sáp nhập thiên hà lớn trong các cụm.
Các nhà nghiên cứu đã so sánh quan sát của họ với dự đoán đưa ra từ những mô phỏng trước đây và nhận thấy chúng không khớp nhau. Theo Mô hình chuẩn về vật chất tối (thường được gọi là "vật chất tối lạnh"), dao động này lẽ ra không thể tồn tại bởi mật độ quá lớn của vật chất tối giữ chặt thiên hà ở trung tâm của cụm. Như vậy, sự không khớp này gợi ý sự tồn tại của một quá trình vật lý còn chưa rõ đã không được tính tới trước đây.
Các cụm thiên hà mà nhóm nghiên cứu đã quan sát cũng gây ra hiệu ứng thấu kính hấp dẫn mạnh mẽ. Chúng đủ nặng để làm cong không thời gian đến mức bẻ lệch đường đi của ánh sáng đi qua chúng, giống như một thấu kính. Kết quả là các cụm thiên hà này có thể được sử dụng để xây dựng một bản đồ vật chất tối, cho biết vị trí của vùng trung tâm và cho phép quan sát xem BCG dao động ra sao quanh trung tâm của cụm.
"Chúng tôi tìm ra rằng các BCG dịch chuyển quanh vùng đáy của quầng," Harvey nói. "Điều đó chỉ ra rằng thay vì một vùng đậm đặc ở trung tâm cụm thiên hà, vùng trung tâm có mật độ thấp hơn nhiều - một tín hiệu rõ rệt về những dạng kỳ lạ của vật chất tối ở ngay trung tâm các cụm."
Dao động nêu trên cũng cho thấy các BCG không thể trùng khớp hoàn toàn với quầng của cụm, và như vậy các mô hình hiện tại về cụm thiên hà sẽ cần hiệu chỉnh thêm.
Các nhà khoa học sẽ mở rộng nghiên cứu với những cuộc khảo sát lớn hơn. Họ hi vọng rằng việc đó sẽ cho phép xác nhận khám phá của họ, nhưng cũng để xác nhận xem liệu dao động của các BCG có bắt nguồn từ những quá trình vật lý cơ bản chưa biết hay đó là một hiện tượng vật lý thiên văn mới.
Tuấn Phong
Theo Space Daily
