Un cúmulo de galaxias con gas caliente sorprende a científicos: claves sobre su formación tras el Big Bang

La detección de un cúmulo de galaxias con gas extraordinariamente caliente que existió 1.400 millones de años después del Big Bang sorprendió a científicos. El estudio fue publicado en Nature por la Universidad de Columbia Británica (UBC).

En el análisis del cúmulo denominado SPT2349-56, los investigadores identificaron una atmósfera cuya temperatura y energía superan en al menos cinco veces lo que predicen los modelos para una etapa tan prematura del universo.

El hallazgo sugiere que procesos de calentamiento extremo ya operaban cuando el universo tenía poco más de una décima parte de su edad actual.

Según el Dr. Scott Chapman, profesor de la Universidad de Dalhousie y entonces investigador en el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC), “esto nos indica que algo en el universo primitivo, probablemente tres agujeros negros supermasivos recientemente descubiertos en el cúmulo, ya estaba bombeando enormes cantidades de energía al entorno y moldeando el joven cúmulo, mucho antes y con mayor fuerza de lo que pensábamos”.

El descubrimiento se consolidó tras una revisión minuciosa de la señal captada por los sistemas del radiotelescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), que incluye instrumental diseñado y construido en Canadá.

El autor principal, Dazhi Zhou, doctorando del Departamento de Física y Astronomía en la UBC, expresó su sorpresa inicial: “No esperábamos ver una atmósfera de cúmulo tan caliente tan temprano en la historia cósmica”. Zhou añadió: “Al principio era escéptico sobre la señal, ya que era demasiado fuerte 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 caliente y energético que el que encontramos en muchos cúmulos actuales”.

SPT2349-56, como denominan a esta formación emergente, alberga más de 30 galaxias activas y destaca por su juventud relativa: los datos obtenidos permiten retroceder unos 12.000 millones de años en el tiempo. Su núcleo, de aproximadamente 500.000 años luz (153 mil parsecs) de diámetro, es comparable al halo que circunda la Vía Láctea. Sin embargo, lo que distingue a este cúmulo no es solo su tamaño sino su vigor: está formando estrellas a una velocidad superior en más de 5.000 veces a la de nuestra galaxia, todo dentro de una región especialmente densa.

La técnica utilizada para comprender la energía térmica de este cúmulo fue el estudio del efecto Sunyaev-Zeldovich, que permite medir la energía del gas entre galaxias a través de su impacto en la radiación cósmica de fondo. La investigación dirigida desde la UBC determinó que el nivel de calor detectado anticipa una dinámica cosmológica más explosiva y rápida que lo estimado hasta la fecha.

“Comprender los cúmulos de galaxias es clave para comprender las galaxias más grandes del universo”, afirmó el Dr. Chapman, que también desempeña funciones como profesor afiliado en la UBC.

Los modelos existentes estipulan que el gas intracúmulo se acumula y calienta gradualmente conforme los cúmulos galácticos evolucionan, colapsando hacia una estructura estable a través de interacciones gravitacionales.

Es decir, se presume que el gas gana temperatura a medida que el cúmulo madura y sus galaxias se agrupan en un proceso secuencial y progresivo. Sin embargo, este hallazgo obliga a cuestionar esa secuencia. Los datos registrados muestran un entorno mucho más energético en una fase extremadamente temprana, lo que sugiere que factores como la acción de agujeros negros supermasivos influyeron de manera decisiva en la historia cósmica temprana.

Para los científicos involucrados, la existencia de una atmósfera de cúmulo tan caliente y densa en un sistema tan joven y compacto obliga a preguntarse sobre las interacciones simultáneas que se producen entre la formación estelar a gran escala, la presencia activa de agujeros negros supermasivos y las dinámicas del gas intracúmulo.

Zhou explicó: “Queremos averiguar cómo interactúan la intensa formación estelar, los agujeros negros activos y esta atmósfera sobrecalentada, y qué nos dice esto sobre cómo se formaron los cúmulos de galaxias actuales”. Concluyó con un interrogante que ahora moviliza nuevas investigaciones: “¿Cómo es posible que todo esto esté sucediendo a la vez en un sistema tan joven y compacto?”.

Esta nueva perspectiva sobre el desarrollo de los cúmulos de galaxias implica revisar desde cero las hipótesis sobre el papel que cumplen las galaxias activas y los agujeros negros en el universo temprano. El caso de SPT2349-56 podría sentar un precedente para el estudio de otras estructuras similares, obligando a la comunidad astronómica a buscar nuevas explicaciones sobre el inicio acelerado de grandes reservas de gas y energía en el cosmos pocas etapas después del Big Bang.