El gas más antiguo y caliente jamás detectado en un cúmulo de galaxias desafía los modelos cosmológicos
- Un hallazgo en el universo primitivo cuestiona las teorías sobre el origen de las mayores estructuras cósmicas. Las observaciones de un sistema muy joven revelan una energía interna muy superior a la prevista, lo que apunta a procesos de formación más tempranos e intensos de lo esperado.
Un equipo internacional de astrónomos ha identificado el gas más caliente y temprano jamás observado en un cúmulo de galaxias, un hallazgo que podría obligar a revisar los modelos actuales de formación de estas estructuras cósmicas. La nube de gas, situada entre galaxias, presenta una temperatura al menos cinco veces superior a la que predicen las teorías para una etapa tan temprana del universo.
El descubrimiento, liderado por investigadores canadienses y publicado en la revista Nature, revela la existencia de un cúmulo de galaxias extremadamente caliente tan solo 1 400 millones de años después del Big Bang.
Según los modelos actuales, estas temperaturas solo deberían alcanzarse en cúmulos más maduros y estables, mucho más avanzados en la historia del cosmos.
“No esperábamos encontrar una atmósfera de cúmulo tan caliente tan pronto en la historia cósmica”, afirma Dazhi Zhou, autor principal del estudio y doctorando en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Columbia Británica (UBC).
“De hecho, al principio dudé de la señal porque era demasiado intensa para ser real. Pero tras meses de verificación, hemos confirmado que este gas es al menos cinco veces más caliente de lo previsto, e incluso más energético que el de muchos cúmulos actuales”, continúa.
Según los investigadores, este exceso de energía podría estar relacionado con la actividad de tres agujeros negros supermasivos recientemente identificados en el cúmulo.
“Esto indica que algo en el universo primitivo —probablemente esos agujeros negros— ya estaba inyectando enormes cantidades de energía en el entorno y moldeando el cúmulo joven mucho antes y con más intensidad de lo que pensábamos”, explica Scott Chapman, coautor del trabajo y profesor en la Universidad de Dalhousie, que realizó la investigación mientras trabajaba en el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC).
Un cúmulo en plena infancia cósmica
Para llevar a cabo el estudio, el equipo observó el cúmulo SPT2349-56, situado a unos 12 000 millones de años luz, lo que permite analizarlo cuando el universo era todavía muy joven. Las observaciones se realizaron con el radiotelescopio ALMA, que incluye instrumentos diseñados, construidos y probados por el NRC.
A pesar de su juventud, este cúmulo presenta una masa notable. Su núcleo mide unos 500 000 años luz de diámetro, un tamaño comparable al del halo que rodea la Vía Láctea. Alberga más de 30 galaxias activas y forma estrellas a un ritmo más de 5 000 veces superior al de nuestra galaxia, concentrado todo ello en una región extremadamente compacta.
El análisis se centró en el efecto Sunyaev-Zeldovich, una herramienta cosmológica que permite estimar la energía térmica del medio intracumular, es decir, el gas que se encuentra entre las galaxias de un cúmulo.
“Comprender los cúmulos de galaxias es clave para entender las galaxias más grandes del universo”, señala Chapman, también profesor afiliado a la UBC.
“Estas galaxias masivas suelen residir en cúmulos, y su evolución está fuertemente condicionada por el entorno extremo en el que se forman, incluido el medio intracumular”, añade.
Un origen más violento de lo previsto
Los modelos actuales sostienen que el gas que compone el medio intracumular se acumula y se calienta progresivamente a medida que el cúmulo inmaduro colapsa gravitacionalmente hasta alcanzar un estado estable. Sin embargo, los nuevos resultados sugieren que este proceso podría ser mucho más rápido y violento de lo que se creía.
El equipo pretende ahora investigar cómo interactúan entre sí la intensa formación estelar, la actividad de los agujeros negros y esta atmósfera sobrecalentada.
“Queremos entender cómo encajan todas estas piezas y qué nos dicen sobre la formación de los cúmulos de galaxias actuales”, concluye Zhou. “¿Cómo puede estar ocurriendo todo esto al mismo tiempo en un sistema tan joven y compacto?”.
Referencia:
Dazhi Zhou et al. “Sunyaev-Zeldovich detection of hot intracluster gas at redshift 4.3”. Nature.
Relacionado
