Simuleringar av universum har missat avgörande fysik

Nu har Nasas Hubble-teleskop tillsammans med the European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) i Chile gjort de mest detaljrika observationerna hittills av flera gigantiska galaxhopar – och astronomernas observationer fäller krokben för de teoretiska modeller som finns kring hur mörk materia ska vara distribuerad inom de här grupperna av galaxer. Det meddelar Nasa.

Enligt hypotesen har mörk materia egenskapen att den varken avger eller reflekterar elektromagnetisk strålning. Det innebär att man bara kan detektera mörk materia genom att studera hur dess gravitationskrafter påverkar vanlig materia. Med tillgång till den nya datan upptäckte forskarna att små ansamlingar av mörk materia gav en linseffekt i galaxhopar som var tio gånger starkare än förväntat.

- Det verkliga universumet har en egenskap som vi helt enkelt inte fångar med våra nuvarande teoretiska modeller. Det här skulle kunna flagga för att det finns ett glapp i förståelsen kring den mörka materians natur och egenskaper. Detta efter att den här utsökta datan har gett oss möjlighet att i detalj gå igenom fördelningen av mörk materia i den minsta skalan, säger Priyamvada Natarajan vid Yale University i New Haven, på Nasas hemsida.

En gravitationslins byggs exempelvis upp av en galaxhop, och genom att studera hur ljuset böjs kan man också kartlägga den mörka materia som finns där. Det är galaxhoparna som huserar störst andel mörk materia – dels i varje galax, dels som den kraft som till stor del håller samman hoparna.

Ansamlingarna av mörk materia kommer således i vitt varierande skala, och de bidrar till en förvridning av de ljuskällor som ligger långt i bakgrunden. Ju mer dramatisk skevningen är, desto större är den mörka materians massa i galaxhopen. Genom att mäta stjärnornas hastighet kunde forskarna uppskatta massan hos varje galax, inklusive den mörka materian. Och slutsatserna rimmar inte med tidigare simuleringar.

- Galaxkluster utgör idealiska laboratorier för att förstå huruvida datorsimuleringar av universum på ett pålitligt sätt återger vad vi kan anta om mörk materia och dess samspel med ljusalstrande materia. Vi har utfört många noggranna tester som jämför simuleringar med data från den här studien, och vår slutsats är fortsatt att de inte matchar varandra. Ett möjligt ursprung till den här diskrepansen kan vara att vi har missat att ta med en del avgörande fysik i simuleringarna, säger studiens huvudförfattare Massimo Meneghetti, vid INAF Observatory of Astrophysics and Space Science of Bologna i Italien, på Nasas hemsida.

Arbetet "An excess of small-scale gravitational lenses observed in galaxy clusters" har publicerats i Science.