Un cúmulo de galaxias recién descubierto arde cinco veces más caliente de lo previsto a 1,4 mil millones de años tras el Big Bang
Un cúmulo de galaxias recién descubierto podría reescribir nuestra comprensión del cosmos, ya que los científicos observan «algo que el universo no se suponía que tuviera». Los investigadores hallaron que el cúmulo ardía cinco veces más caliente de lo previsto apenas 1,4 mil millones de años después del Big Bang. Los astrónomos habían creído que temperaturas tan extremas solo serían posibles en cúmulos más maduros que se formaron más tarde en la historia del universo. Este caliente «cúmulo bebé» podría sugerir que los momentos más tempranos del cosmos fueron mucho más explosivos de lo que se pensaba. Los científicos creen que ese calor inesperado podría ser fruto de tres agujeros negros supermasivos ocultos en las profundidades del cúmulo. Coautora Dazhi Zhou, candidata a doctorado en la Universidad de British Columbia, dice: «No esperábamos ver una atmósfera de cúmulo tan caliente tan temprano en la historia cósmica». «De hecho, al principio estuve escéptico respecto a la señal, ya que era demasiado fuerte para ser real.» «Pero después de meses de verificación, hemos confirmado que este gas está al menos cinco veces más caliente de lo previsto, y aún más caliente y más enérgico que lo que encontramos en muchos cúmulos actuales.» Los cúmulos de galaxias son algunos de los objetos más grandes del universo que pueden permanecer unidos por su propia gravedad. Son enormes agrupaciones de galaxias individuales, materia oscura invisible y nubes de gas supercaliente. En los espacios entre las galaxias, ese gas se calienta hasta convertirse en plasma que puede alcanzar cientos de millones de grados y brilla intensamente en el espectro de rayos X. Los científicos creían que el medio intracluster era calentado por interacciones gravitacionales entre galaxias a medida que un cúmulo inmaduro e inestable maduraba y se colapsaba hacia un estado estable. Sin embargo, el nuevo descubrimiento, publicado en Nature, sugiere que ese modelo de evolución podría no ser correcto. Usando un grupo de telescopios conocidos como ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), los investigadores miraron 12 mil millones de años en el pasado. En ese momento, el cúmulo bautizado SPT2349-56 era extremadamente inmaduro, pero ya extraordinariamente grande para su edad. Su núcleo se extiende a más de 500.000 años luz, aproximadamente del tamaño del vasto halo de materia y materia oscura que rodea la Vía Láctea. Los cúmulos de galaxias son algunos de los objetos más grandes del universo, a veces albergando miles de galaxias conectadas por nubes de gas supercaliente conocidas como medio intracluster. El cúmulo también contiene más de 30 galaxias extremadamente activas que producen estrellas más de 5.000 veces más rápido que nuestra propia galaxia. Sin embargo, cuando los investigadores midieron la temperatura del medio intracluster con ALMA, descubrieron que era mucho más caliente de lo que los modelos predecían para ese tiempo en el universo. Los científicos no están totalmente seguros de cómo el cúmulo llegó a ser tan caliente. Sin embargo, los investigadores sugieren que podría estar relacionado con los tres agujeros negros supermasivos recién descubiertos en el cúmulo. Coautor el Profesor Scott Chapman, de la Dalhousie University, que llevó a cabo la investigación mientras estaba en el Consejo Nacional de Investigación de Canadá, dice que estos agujeros negros ya estaban «bombardeando enormes cantidades de energía en los alrededores y dando forma al joven cúmulo, mucho antes y con más fuerza de lo que pensábamos». Este hallazgo se enmarca en una tendencia creciente: los astrónomos están encontrando más agujeros negros supermasivos en el universo temprano, que parecen haber crecido mucho más rápido de lo que se esperaba. El estudio también menciona que entender la dinámica de estos procesos es clave para explicar el universo que vemos hoy. Chapman añade: «Understanding galaxy clusters is the key to understanding the biggest galaxies in the universe. These massive galaxies mostly reside in clusters, and their evolution is heavily shaped by the very strong environment of the clusters as they form, including the intracluster medium.» Los agujeros negros son las estructuras más densas conocidas y su atracción gravitatoria es tan fuerte que ningún tipo de radiación puede escapar de ellos, ni siquiera la luz. Actúan como potentes fuentes de gravedad que recogen polvo y gas alrededor de ellos. Su origen exacto sigue siendo un tema de investigación; se cree que pueden formarse cuando una gran nube de gas, de hasta 100 000 veces la masa del Sol, colapsa para formar un agujero negro. Muchos de estos agujeros negros seeds luego se fusionan para formar agujeros negros supermasivos, que se encuentran en el centro de galaxias masivas. También se propone que una semilla podría proceder de una estrella gigante de unas 100 veces la masa solar que termina convirtiéndose en agujero negro tras quedarse sin combustible. Cuando estas estrellas grandes mueren, explotan en una supernova que expulsa la materia de sus capas externas al espacio.
ALMA revela un cúmulo inmaduro pero extremadamente caliente a 12 mil millones de años de distancia
Usando un conjunto de telescopios conocido como ALMA, los investigadores se remontan 12 mil millones de años en el pasado para estudiar su atmósfera y temperatura.[…] El cúmulo, denominado SPT2349-56, era extremadamente inmaduro, pero ya lo suficientemente grande para su época. Su núcleo se extiende a más de 500 000 años luz, aproximadamente 153 kilopársecs, similar en tamaño al halo de materia y energía oscura que rodea la Vía Láctea. El cúmulo contiene más de 30 galaxias extremadamente activas que producen estrellas más de 5.000 veces más rápido que la Vía Láctea. Cuando se midió la temperatura del gas intracluster con ALMA, resultó ser mucho más caliente de lo que las teorías de esa época predecían para el universo joven. Los científicos no están completamente seguros de cómo llegó a estar tan caliente, pero la hipótesis sugiere que podría estar relacionado con tres agujeros negros supermasivos dentro del cúmulo recién descubierto. El coautor, el Profesor Scott Chapman, comentó que estos agujeros negros ya estaban «pumpeando enormes cantidades de energía en los alrededores y dando forma al joven cúmulo, mucho antes y con más fuerza de lo que pensábamos». Este hallazgo se suma a la evidencia de que agujeros negros supermasivos podrían haber crecido más rápido que las galaxias que los alojan en las primeras etapas del universo. Además, una observación previa del JWST detectó un agujero negro supermasivo activo dentro de una galaxia apenas 570 millones de años después del Big Bang, lo que sugiere que algunos agujeros negros crecieron antes que sus galaxias hospederas. Chapman añadió: «Comprender los cúmulos de galaxias es la clave para entender las galaxias más grandes del universo. Estas galaxias masivas residen principalmente en cúmulos, y su evolución está fuertemente moldeada por el entorno de los cúmulos a medida que se forman, incluido el medio intracluster.» Los agujeros negros son cuerpos extremadamente densos y su gravedad es tan intensa que nada puede escapar de ellos, ni siquiera la luz. Su existencia es una poderosa fuerza que guía la dinámica de las galaxias en un cúmulo y, por extensión, la evolución galáctica a gran escala. Este tema de formación y crecimiento de agujeros negros supermasivos continúa siendo objeto de intensa investigación entre astronomos, que buscan entender por qué estos monolitos cósmicos parecen adelantar a sus galaxias anfitrionas en la historia del universo.
Tres agujeros negros supermasivos podrían haber generado el calor
El equipo explica que el calor extraordinario podría estar generado por tres agujeros negros supermasivos en el corazón del cúmulo. Estos agujeros negros son la clase más grande de agujeros negros, con masas al menos 100 000 veces mayores que la del Sol. Su presencia se suele identificar en el centro de galaxias, donde consumen gas y liberan enormes cantidades de radiación en el rango de rayos X. Coautor el Profesor Scott Chapman, de la Dalhousie University, que llevó a cabo la investigación cuando trabajaba en el Consejo Nacional de Investigación de Canadá, afirmó que estos agujeros negros ya estaban «bombardeando enormes cantidades de energía en los alrededores y dando forma al joven cúmulo, mucho antes y con más fuerza de lo que pensábamos». La evidencia de agujeros negros supermasivos que crecen con rapidez en el universo temprano refuerza la idea de que la relación entre galaxias y agujeros negros no es tan lineal como se pensaba. En el caso de SPT2349-56, es posible que tres agujeros negros trabajen conjunta y violentamente para mantener caliente el medio intracluster. Los científicos señalan que este hallazgo tiene implicaciones de gran alcance para entender la evolución de las galaxias y el cosmos. En palabras de Chapman, entender los cúmulos de galaxias es la clave para entender las galaxias más grandes del universo, y su evolución está fuertemente moldeada por el entorno de los cúmulos a medida que se forman, incluyendo el medio intracluster.
