Científicos han observado directamente gas intracúmulo caliente en el protocúmulo SPT2349-56 con un desplazamiento al rojo de 4.3, un hallazgo que desafía los modelos teóricos existentes de formación de cúmulos de galaxias. Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el equipo de investigación detectó el efecto Sunyaev-Zeldovich (SZ) térmico, un fenómeno donde los fotones del fondo cósmico de microondas son dispersados por electrones calientes en el medio intracúmulo (ICM). Esta observación, reportada en la revista Nature, indica la presencia de una cantidad sustancial de gas caliente, aproximadamente 10^61 erg de energía térmica, en el núcleo de SPT2349-56.

El descubrimiento proporciona información crucial sobre las primeras etapas del ensamblaje de cúmulos de galaxias. Los cúmulos de galaxias, las estructuras más grandes unidas gravitacionalmente en el universo, contienen vastas cantidades de gas caliente, conocido como el ICM, que representa una porción significativa de la masa bariónica del cúmulo. Las simulaciones cosmológicas han sugerido que la masa y la temperatura del ICM deberían disminuir en tiempos más tempranos, ya que el gas aún está en proceso de ensamblaje y calentamiento. Sin embargo, la observación de ICM caliente en una época tan temprana (z=4.3) sugiere que los mecanismos de calentamiento significativos ya estaban en juego mucho antes de lo previsto.

"Esta medición implica una energía térmica aproximadamente 10 veces mayor de la que la gravedad por sí sola debería producir", afirmaron los investigadores en su publicación en Nature, destacando el contenido energético inesperado del ICM en SPT2349-56. El protocúmulo, ubicado aproximadamente a 12 mil millones de años luz de distancia, también alberga un gran reservorio de gas molecular y tres núcleos galácticos activos (AGN) con fuertes emisiones de radio dentro de una región relativamente pequeña de aproximadamente 100 kiloparsecs. Estos AGN pueden estar contribuyendo al calentamiento del ICM a través de poderosas emisiones y radiación.

El efecto Sunyaev-Zeldovich, la clave de este descubrimiento, es una herramienta poderosa para detectar gas caliente en cúmulos de galaxias. Surge de la dispersión inversa de Compton de los fotones del fondo cósmico de microondas (CMB) por los electrones calientes en el ICM. Esta dispersión causa una ligera distorsión en el espectro del CMB, que puede ser detectada por radiotelescopios sensibles como ALMA. La fuerza del efecto SZ está directamente relacionada con la presión térmica del ICM, proporcionando una medida de su temperatura y densidad.

Las implicaciones de este hallazgo se extienden a nuestra comprensión de los procesos que gobiernan la formación y evolución de los cúmulos de galaxias. La presencia temprana de ICM caliente sugiere que los mecanismos de retroalimentación, como los de los AGN, pueden desempeñar un papel más importante en el calentamiento del gas de lo que se pensaba anteriormente. Estos procesos de retroalimentación pueden regular la formación de estrellas dentro del cúmulo e influir en la distribución general de la materia en el universo.

La investigación futura se centrará en el estudio de otros protocúmulos de alto desplazamiento al rojo para determinar si el calentamiento temprano del ICM es un fenómeno común o único de SPT2349-56. Observaciones adicionales con ALMA y otros telescopios ayudarán a caracterizar las propiedades del ICM en estos sistemas y a identificar las fuentes de calentamiento. Estos estudios proporcionarán valiosas restricciones en las simulaciones cosmológicas y ayudarán a refinar nuestra comprensión de la compleja interacción entre la gravedad, la dinámica de los gases y los procesos de retroalimentación en el universo temprano.