Una “sombra” proyectada sobre el tenue resplandor residual del Big Bang ha revelado un objeto gigante en el Universo temprano que desafía nuestras predicciones sobre cómo debería evolucionar el Universo.
Es un cúmulo de galaxias llamado SPT2349-56. Descubierto apenas 1.400 millones de años después del Big Bang, el gas que contiene está mucho, mucho más caliente de lo que debería estar. El calentamiento gravitacional de un cúmulo de galaxias debería ser un proceso lento que tarda miles de millones de años en alcanzar el régimen de temperatura de SPT2349-56.
“No esperábamos ver una atmósfera de cúmulo tan caliente en una etapa tan temprana de la historia cósmica”, dice Dazhi Zhou, estudiante de doctorado en astrofísica de la Universidad de Columbia Británica en Canadá.
“De hecho, al principio era escéptico acerca de la señal porque era demasiado fuerte para ser real. Pero después de meses de verificación, hemos confirmado que este gas es al menos cinco veces más caliente de lo previsto, e incluso más caliente y más energético que lo que encontramos en muchos cúmulos actuales”.
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SPT2349-56 fue visto por primera vez en 2010 en observaciones del Telescopio del Polo Sur en la Antártida, y los primeros signos sugirieron que era inusual. Las observaciones de seguimiento, publicadas en 2018, confirmaron que el objeto era un cúmulo de más de 30 galaxias, que formaban estrellas furiosamente a un ritmo 1.000 veces más rápido que la Vía Láctea y corrían unas hacia otras en curso de colisión.
Dado que este drama extremo se estaba desarrollando en el Universo temprano, hace unos 12.400 millones de años, los astrónomos pensaron que probablemente proporcionaría algunas pistas sobre la evolución de las galaxias en un momento crítico de la historia del Universo.
Dirigido por Zhou, un equipo internacional utilizó el ultrasensible Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para sondear el fondo cósmico de microondas (CMB), el brillo tenue y uniforme que aún impregna el Universo desde que el cosmos se enfrió hasta una temperatura que permitía que la luz fluyera libremente.
Lo que querían encontrar era una distorsión conocida como señal Sunyaev-Zeldovich, causada por electrones en el gas caliente entre las galaxias en un cúmulo que interactúan con los fotones del CMB. Debido a que el CMB es tan suave, estas “sombras” crean un contraste que puede detectarse y medirse.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>Un cúmulo de galaxias es una bolsa de espacio donde la gravedad se intensifica a medida que las galaxias se acercan entre sí. Esta gravedad actúa sobre el gas dentro de la galaxia (el medio intracúmulo), exprimiéndolo y acelerándolo, lo que aumenta su energía.
SPT2349-56 es un ejemplo extremo de un cúmulo de galaxias en el Universo temprano, tanto en tamaño como en formación estelar, y mediciones anteriores revelaron una gran cantidad de gas molecular entre ellos. Zhou y sus colegas observaron más de cerca este gas para determinar qué podría decirnos sobre la dinámica dentro del cúmulo.
“Comprender los cúmulos de galaxias es la clave para comprender las galaxias más grandes del Universo”, dice el astrofísico Scott Chapman de la Universidad de Dalhousie, ex miembro del Consejo Nacional de Investigación de Canadá.
“Estas galaxias masivas residen en su mayoría en cúmulos, y su evolución está fuertemente determinada por el entorno muy fuerte de los cúmulos a medida que se forman, incluido el medio intracúmulo”.
La señal de ALMA Sunyaev-Zeldovich no sólo fue clara sino poderosa. El análisis reveló una firma térmica inequívoca de los electrones calientes, con temperaturas superiores a los 10 millones de Kelvin. Si bien los investigadores esperaban una detección temprana de un medio cálido dentro del cúmulo, esto superó con creces las expectativas.
Según los modelos existentes, no hay forma de que la gravedad por sí sola pueda generar esta temperatura. Los investigadores sospechan que potentes chorros de al menos tres agujeros negros supermasivos en SPT2349-56 pueden estar inyectando energía adicional.
“Esto nos dice que algo en el Universo temprano, probablemente tres agujeros negros supermasivos descubiertos recientemente en el cúmulo, ya estaban bombeando enormes cantidades de energía a los alrededores y dando forma al cúmulo joven, mucho antes y con más fuerza de lo que pensábamos”, explica Chapman.
A su vez, esto sugiere que nuestra comprensión teórica de la evolución de los cúmulos de galaxias está lejos de ser completa: que es necesario tener en cuenta todo el ecosistema del cúmulo, incluso durante el Universo temprano, cuando no podemos esperar que determinadas dinámicas estén en juego.
“Queremos descubrir cómo interactúan la intensa formación estelar, los agujeros negros activos y esta atmósfera sobrecalentada, y qué nos dice esto sobre cómo se formaron los actuales cúmulos de galaxias”, dice Zhou.
La investigación ha sido publicada en Nature.