Astrónomos utilizando el conjunto ALMA en Chile han identificado un cúmulo llamado SPT2349-56, observado en una época en que el Universo aún era joven. Este cúmulo reúne más de 30 galaxias en un volumen compacto, similar al tamaño del halo de nuestra Vía Láctea. Su densidad y calor inusuales han llamado la atención de la comunidad científica.
Una impresión artística del cúmulo de galaxias en el Universo muy joven. Contiene alrededor de 30 galaxias, tres de ellas con agujeros negros supermasivos, y está lleno de un gas extremadamente caliente.
Crédito: Lingxiao Yuan.
La sorpresa principal viene de la temperatura del gas que llena el cúmulo, llamado medio intracúmulo. Este gas es al menos cinco veces más caliente que las predicciones teóricas, alcanzando niveles que superan a los observados en muchos cúmulos actuales. Dazhi Zhou, autor principal del estudio, expresó su asombro ante este calor temprano, que indica una evolución más rápida de lo esperado.
Para medir esta temperatura, los investigadores recurrieron al efecto Sunyaev-Zeldovich. Este fenómeno permite detectar cómo los fotones del fondo cósmico de microondas, el resplandor residual del Big Bang, interactúan con los electrones del medio intracúmulo. Cuanto más caliente está el gas, más energía transfieren los electrones a los fotones, dejando una firma observable en los datos astronómicos.
Otros cúmulos tempranos, como z660D o A2744z7p9OD, han sido descubiertos en épocas aún más antiguas. Sin embargo, se clasifican como protocúmulos, ya que aún no están ligados gravitacionalmente de manera estable. A diferencia de ellos, SPT2349-56 ya presenta una atmósfera sobrecalentada, lo que muestra que su evolución ha sido acelerada, desafiando los modelos establecidos.
Por otra parte, la formación de estrellas dentro de este cúmulo es extremadamente intensa. Las galaxias miembros producen estrellas a un ritmo cinco mil veces superior al de nuestra Vía Láctea. Esta actividad frenética, unida a la presencia de agujeros negros supermasivos, podría contribuir al calor inusual observado en el medio intracúmulo.
Esta observación abre nuevas perspectivas sobre la formación y el calentamiento de los cúmulos de galaxias. Los astrónomos buscan ahora comprender las interacciones entre la formación estelar, los agujeros negros y la atmósfera sobrecalentada. Los resultados han sido publicados en la revista Nature, ofreciendo una mirada inédita sobre el Universo joven.
El efecto Sunyaev-Zeldovich
El efecto Sunyaev-Zeldovich es un fenómeno clave en cosmología para estudiar los cúmulos de galaxias. Ocurre cuando los fotones del fondo cósmico de microondas, la radiación residual del Big Bang, atraviesan el gas caliente de un cúmulo. Al interactuar con los electrones de este gas, los fotones ganan energía, modificando ligeramente su frecuencia.
Esta modificación permite a los astrónomos medir indirectamente la temperatura del medio intracúmulo, sin necesidad de observar directamente el gas. El efecto es particularmente útil para detectar cúmulos lejanos, ya que no depende de su distancia, solo de la densidad y el calor del gas.
En la práctica, telescopios como ALMA u observatorios dedicados al fondo cósmico de microondas utilizan este efecto para cartografiar la distribución de cúmulos en el Universo. Esto ayuda a comprender cómo se formaron y evolucionaron las estructuras cósmicas a lo largo del tiempo.
La aplicación del efecto Sunyaev-Zeldovich a SPT2349-56 reveló una temperatura excepcionalmente elevada, confirmando que este cúmulo es un caso particular en la historia cósmica.