Descubren un joven cúmulo de galaxias con temperaturas sorprendentes

Un equipo de astrónomos de varios países, liderado por investigadores de la Universidad de Columbia Británica, identificó un cúmulo de galaxias que parece existir mucho antes y a temperaturas mucho más altas de lo que la ciencia actual predice. Este cúmulo, que contiene gas extremadamente caliente, existió solo 1.4 mil millones de años después del Big Bang. Según las teorías establecidas, los cúmulos de galaxias en esta etapa no deberían alcanzar tales temperaturas extremas.

Los hallazgos, publicados el 5 de enero en Nature, plantean serios desafíos a los modelos ampliamente aceptados sobre la formación de cúmulos de galaxias. Estos modelos sugieren que los cúmulos se calientan gradualmente con el tiempo y solo alcanzan estas temperaturas mucho más tarde, tras volverse más grandes y estables.

"No esperábamos ver una atmósfera de cúmulo tan caliente tan pronto en la historia cósmica", afirmó Dazhi Zhou, autor principal y candidato a doctorado en el departamento de física y astronomía de UBC. "De hecho, al principio era escéptico sobre la señal, ya que era demasiado fuerte para ser real. Pero después de meses de verificación, confirmamos que este gas es al menos cinco veces más caliente de lo previsto, e incluso más caliente y energético que lo que encontramos en muchos cúmulos actuales".

El Dr. Scott Chapman, coautor y profesor en la Universidad de Dalhousie, quien realizó la investigación mientras estaba en el Consejo Nacional de Investigación de Canadá, indicó que los resultados apuntan a una actividad poderosa en el joven universo. "Esto nos dice que algo en el universo temprano, probablemente tres agujeros negros supermasivos recientemente descubiertos en el cúmulo, ya estaban bombeando enormes cantidades de energía en los alrededores y moldeando el joven cúmulo, mucho antes y más intensamente de lo que pensábamos".

Investigando un cúmulo de galaxias joven

Para hacer este descubrimiento, los investigadores miraron hacia atrás aproximadamente 12 mil millones de años para estudiar un cúmulo de galaxias conocido como SPT2349-56. Las observaciones se llevaron a cabo utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una red de telescopios de radio que incluye instrumentos diseñados, construidos y probados por el NRC.

A pesar de su antigüedad, este cúmulo ya es notablemente grande. Su región central abarca aproximadamente 500,000 años luz, similar en tamaño al halo que rodea a la Vía Láctea. El cúmulo contiene más de 30 galaxias activas agrupadas y está produciendo nuevas estrellas a un ritmo más de 5,000 veces superior al de nuestra propia galaxia.

Para medir el calor dentro del cúmulo, el equipo utilizó una técnica conocida como el efecto Sunyaev-Zeldovich. Este enfoque permite a los científicos estimar la energía térmica del medio intracluster: el gas que existe entre las galaxias de un cúmulo dado.

"Entender los cúmulos de galaxias es clave para comprender las galaxias más grandes del universo", dijo el Dr. Chapman, quien también es profesor afiliado en UBC. "Estas galaxias masivas residen principalmente en cúmulos, y su evolución está fuertemente influenciada por el entorno muy intenso de los cúmulos a medida que se forman, incluido el medio intracluster".

Cómo los agujeros negros supermasivos podrían estar calentando los cúmulos

Las teorías actuales sugieren que el gas que compone el medio intracluster se acumula y se calienta lentamente a medida que la gravedad atrae un cúmulo de galaxias inestable hacia adentro con el tiempo. A medida que el cúmulo madura, se espera que este proceso produzca un ambiente estable y caliente. Las nuevas observaciones sugieren un comienzo mucho más violento, donde el calentamiento ocurre antes y más rápidamente de lo previsto.

Zhou y sus colegas ahora planean estudiar cómo las diferentes fuerzas dentro del cúmulo interactúan entre sí. "Queremos averiguar cómo la intensa formación estelar, los agujeros negros activos y esta atmósfera sobrecalentada interactúan, y qué nos dice sobre cómo se construyeron los cúmulos de galaxias actuales", dijo Zhou. "¿Cómo puede estar sucediendo todo esto a la vez en un sistema tan joven y compacto?"