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), los investigadores detectaron el efecto térmico Sunyaev-Zeldovich (SZ), una firma de gas caliente, dentro de este cúmulo temprano de galaxias.

La observación, detallada en una publicación reciente de Nature, revela una energía térmica de aproximadamente 10^61 erg en el núcleo de SPT2349-56. Este nivel de energía es aproximadamente diez veces mayor de lo que se esperaría que produjeran las fuerzas gravitacionales por sí solas. Según el estudio, esto sugiere que mecanismos de calentamiento sustanciales estuvieron en juego muy temprano en el ensamblaje del cúmulo, sobrecalentando potencialmente el medio intracúmulo (ICM) antes de que se formara por completo.

El medio intracúmulo, compuesto de gas caliente (10^7 K), contiene la mayor parte de los bariones, o materia ordinaria, dentro de los cúmulos de galaxias. Simulaciones cosmológicas han sugerido previamente que la masa y la temperatura del ICM deberían disminuir en tiempos más tempranos en el universo, ya que el gas aún está en proceso de ensamblaje y calentamiento. Antes de este descubrimiento, las detecciones seguras de ICM caliente se limitaban a sistemas con un desplazamiento al rojo de 2 o superior, lo que dejaba incertidumbre sobre el momento y los mecanismos del ensamblaje del ICM.

SPT2349-56, ubicado a un desplazamiento al rojo de 4.3, alberga un reservorio significativo de gas molecular y tres núcleos galácticos activos (AGN) con fuertes emisiones de radio dentro de una región que abarca aproximadamente 100 kiloparsecs. Estas características lo convierten en un entorno único para estudiar la formación temprana de cúmulos. La detección del efecto SZ en este protocúmulo proporciona evidencia directa de que un calentamiento significativo puede ocurrir mucho antes de lo previsto.

El efecto Sunyaev-Zeldovich es un fenómeno donde los fotones del fondo cósmico de microondas (CMB) son dispersados por electrones calientes en el ICM, lo que resulta en una distorsión del espectro del CMB. Al medir esta distorsión, los científicos pueden inferir la temperatura y la densidad del gas caliente.

"Este descubrimiento proporciona información crucial sobre las primeras etapas de la formación de cúmulos de galaxias", dijo uno de los investigadores principales del proyecto. "Sugiere que los modelos teóricos actuales pueden necesitar ser revisados para tener en cuenta el rápido calentamiento observado en este sistema".

Los hallazgos tienen implicaciones para nuestra comprensión de cómo se formaron las galaxias y las estructuras a gran escala en el universo temprano. La presencia de un ICM tan caliente en esta época temprana sugiere que los procesos de retroalimentación, como los de los AGN, pueden haber desempeñado un papel más importante en la regulación del crecimiento de las galaxias y los cúmulos de lo que se pensaba anteriormente.

La investigación futura se centrará en el estudio de otros protocúmulos de alto desplazamiento al rojo para determinar si el rápido calentamiento observado en SPT2349-56 es un fenómeno común o un valor atípico. Se planean más observaciones con ALMA y otros telescopios para sondear las propiedades del ICM y el papel de los AGN en el calentamiento del gas. Estos estudios ayudarán a refinar nuestra comprensión de los complejos procesos que dieron forma al universo que observamos hoy.