Científicos han observado directamente gas intracúmulo caliente en un protocúmulo llamado SPT2349-56 con un desplazamiento al rojo de 4.3, un período en el que el universo tenía menos de 1.500 millones de años, utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Este descubrimiento, publicado en Nature, desafía los modelos teóricos existentes sobre la formación de cúmulos de galaxias y el calentamiento del medio intracúmulo (ICM).

La observación fue posible gracias a la detección del efecto térmico Sunyaev-Zeldovich (SZ), un fenómeno en el que los fotones del fondo cósmico de microondas (CMB) ganan energía al pasar a través de electrones calientes en el ICM. Este efecto proporciona una forma directa de sondear el gas caliente que impregna los cúmulos de galaxias. SPT2349-56, ubicado en el universo temprano, alberga una reserva significativa de gas molecular y tres núcleos galácticos activos (AGN) dentro de una región relativamente pequeña de aproximadamente 100 kiloparsecs.

La energía térmica medida en el núcleo de SPT2349-56 es de aproximadamente 10^61 ergs, que es aproximadamente diez veces mayor de lo que se esperaría que produjera la gravedad por sí sola. Esto sugiere que importantes mecanismos de calentamiento estuvieron en juego muy temprano en el ensamblaje del cúmulo. Según el artículo de investigación, este hallazgo contradice las expectativas teóricas actuales que predicen una disminución en la masa y la temperatura del ICM hacia tiempos más tempranos, ya que el gas aún está en proceso de ensamblaje y calentamiento.

Los cúmulos de galaxias son las estructuras gravitacionalmente unidas más grandes conocidas en el universo. Contienen cientos o incluso miles de galaxias incrustadas en un plasma difuso de gas caliente, el ICM. Este ICM contiene la mayor parte de la materia bariónica (materia ordinaria hecha de protones y neutrones) en el cúmulo y se calienta a temperaturas de millones de grados Kelvin. Comprender cómo se forma y evoluciona el ICM es crucial para comprender la evolución general del universo.

Las simulaciones cosmológicas se han utilizado durante mucho tiempo para modelar la formación de cúmulos de galaxias. Estas simulaciones predicen que el ICM debería ser menos masivo y más frío en tiempos más tempranos, ya que el gas aún se está acumulando en el cúmulo y está siendo calentado por procesos gravitacionales y la retroalimentación de los AGN. Sin embargo, la nueva observación de SPT2349-56 sugiere que un calentamiento sustancial puede ocurrir mucho antes de lo que se pensaba, potencialmente debido a la intensa actividad de los AGN dentro del protocúmulo.

Las implicaciones de este descubrimiento son significativas para nuestra comprensión de la formación de cúmulos de galaxias. Sugiere que los procesos que calientan el ICM, como la retroalimentación de los AGN, pueden ser más eficientes o más frecuentes en el universo temprano de lo que se suponía anteriormente. Se necesitan más observaciones de protocúmulos similares con altos desplazamientos al rojo para confirmar estos hallazgos y para comprender mejor los mecanismos que impulsan el calentamiento temprano del ICM. Estas observaciones podrían implicar el uso de otros telescopios e instrumentos para estudiar las propiedades del gas y las galaxias dentro de SPT2349-56 con más detalle.