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Identificado cuando el universo tenía apenas 1,4 mil millones de años, el cúmulo presenta gas cinco veces más caliente que lo previsto por los modelos, reúne decenas de galaxias extremadamente activas y plantea dudas sobre cómo grandes estructuras cósmicas se formaron en las primeras etapas de la historia del cosmos
Un cúmulo de galaxias recién identificado, observado cuando el universo tenía apenas 1,4 mil millones de años, mostró temperaturas cinco veces superiores a lo previsto, sugiriendo que procesos extremos ocurrieron mucho antes de lo esperado y poniendo en jaque modelos consolidados de evolución cósmica.
Descubrimiento inesperado en un universo joven
Investigadores identificaron que el cúmulo estaba quemándose a una temperatura cinco veces mayor de lo esperado para esa fase del universo, apenas 1,4 mil millones de años después del Big Bang. La constatación llevó a los científicos a clasificar el fenómeno como algo que el universo no debería presentar tan pronto.
Hasta entonces, astrónomos creían que temperaturas tan extremas solo serían posibles en cúmulos de galaxias más maduros y estables, formados mucho más tarde en la historia cósmica. El descubrimiento indica que este entendimiento puede estar incompleto.
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Este cúmulo nuclear joven y caliente sugiere que los primeros momentos del universo pueden haber sido mucho más explosivos de lo que se pensaba anteriormente, con liberación intensa de energía en escalas inesperadas.
Estructura y características de los cúmulos de galaxias
Los cúmulos de galaxias están entre los mayores objetos del universo capaces de permanecer unidos por su propia gravedad. Reúnen grandes cantidades de galaxias individuales, materia oscura invisible y vastas nubes de gas sobrecalentado.
Entre las galaxias, el gas se calienta y se transforma en plasma, pudiendo alcanzar cientos de millones de grados. Este plasma emite radiación intensa en el espectro de rayos X, permitiendo que los astrónomos investiguen sus propiedades físicas.
Los científicos creían que este medio intracúmulo era calentado principalmente por interacciones gravitacionales, a medida que un cúmulo inmaduro e inestable colapsaba gradualmente hasta alcanzar un estado más estable. La nueva evidencia sugiere que este proceso puede ser más complejo.
Observaciones con el ALMA y el tamaño del SPT2349-56
El descubrimiento fue publicado en la revista Nature y se basó en observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter-submillimeter Array, conocido como ALMA. Con este conjunto de telescopios, los investigadores lograron observar el universo como era hace aproximadamente 12 mil millones de años.
En ese período, el cúmulo denominado SPT2349-56 aún era extremadamente inmaduro, pero ya se mostraba extraordinariamente grande para su edad cósmica. Su núcleo se extiende por más de 500.000 años-luz de diámetro.
Esta dimensión es aproximadamente comparable al tamaño del vasto halo de materia y materia oscura que circunda la Vía Láctea, lo que refuerza el carácter excepcional de la estructura observada.
El cúmulo alberga aún más de 30 galaxias extremadamente activas, que producen estrellas a un ritmo más de 5.000 veces superior al de nuestra propia galaxia, indicando un ambiente altamente energético.
Temperatura extrema y cuestionamiento de los modelos
Cuando los investigadores utilizaron el ALMA para medir la temperatura del medio intracúmulo, constataron que era mucho más elevada de lo que los modelos predecían para ese momento de la evolución del universo. La señal observada era intensa e inesperada.
El coautor Dazhi Zhou, candidato a doctorado en la Universidad de Columbia Británica, afirmó que no se esperaba encontrar una atmósfera de cúmulo tan caliente tan pronto en la historia cósmica. Relató que inicialmente se mostró escéptico respecto a la señal.
Según Zhou, después de meses de verificación, se confirmó que el gas es al menos cinco veces más caliente de lo previsto y aún más caliente y energético de lo observado en muchos cúmulos actuales, reforzando la solidez del resultado.
Posible papel de agujeros negros supermasivos
Los científicos aún no tienen certeza absoluta sobre cómo el cúmulo alcanzó temperaturas tan elevadas. Una hipótesis considerada es la influencia de tres agujeros negros supermasivos descubiertos recientemente en las profundidades del cúmulo.
Agujeros negros supermasivos representan la mayor clase conocida, con masas al menos 100.000 veces superiores a la del Sol. Se encuentran típicamente en los núcleos de las galaxias, donde se alimentan de gas y liberan enormes cantidades de radiación de rayos X.
El profesor Scott Chapman, de la Universidad de Dalhousie, explicó que estos agujeros negros ya estaban bombeando enormes cantidades de energía al entorno que los rodea, moldeando el joven cúmulo mucho antes y con más intensidad de lo que se imaginaba.
Implicaciones para la evolución del universo
Este descubrimiento ocurre en un momento en que astrónomos han estado identificando más agujeros negros supermasivos en el universo primitivo, los cuales parecen haber crecido mucho más rápido de lo que esperaban los modelos actuales.
Es importante resaltar que uno de esos agujeros negros era mucho mayor de lo que el tamaño de la galaxia hospedadora sugeriría, indicando un desequilibrio entre el crecimiento del agujero negro y de la propia galaxia.
Esto implica que, al inicio del universo, los agujeros negros pueden haber evolucionado más rápido que las galaxias que los albergaban, incluso en sistemas relativamente pequeños, alterando la dinámica de formación de las grandes estructuras.
Chapman afirma que estudiar cómo estas dinámicas se desarrollan es fundamental para explicar el universo observado hoy. Según él, comprender los cúmulos de galaxias es esencial para entender las mayores galaxias existentes, cuya evolución ha sido fuertemente moldeada por ambientes intensos como este medio intraclusteral.
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