Cientistas observaram diretamente gás intracluster quente no protoaglomerado SPT2349-56 no desvio para o vermelho 4,3, uma descoberta que desafia os modelos teóricos existentes de formação de aglomerados de galáxias. Usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), a equipe de pesquisa detectou o efeito Sunyaev-Zeldovich (SZ) térmico, um fenômeno onde os fótons da radiação cósmica de fundo são dispersos por elétrons quentes no meio intracluster (ICM). Esta observação, relatada na revista Nature, indica a presença de uma quantidade substancial de gás quente, aproximadamente 10^61 erg de energia térmica, no núcleo de SPT2349-56.

A descoberta fornece informações cruciais sobre os estágios iniciais da montagem de aglomerados de galáxias. Os aglomerados de galáxias, as maiores estruturas gravitacionalmente ligadas do universo, contêm vastas quantidades de gás quente, conhecido como ICM, que representa uma porção significativa da massa bariônica do aglomerado. Simulações cosmológicas sugeriram que a massa e a temperatura do ICM deveriam diminuir em tempos anteriores, já que o gás ainda está em processo de montagem e aquecimento. No entanto, a observação de ICM quente em uma época tão precoce (z=4,3) sugere que mecanismos de aquecimento significativos já estavam em ação muito antes do que se previa.

"Esta medição implica uma energia térmica cerca de 10 vezes maior do que a que a gravidade sozinha deveria produzir", afirmaram os pesquisadores em sua publicação na Nature, destacando o conteúdo de energia inesperado do ICM em SPT2349-56. O protoaglomerado, localizado a aproximadamente 12 bilhões de anos-luz de distância, também hospeda um grande reservatório de gás molecular e três núcleos galácticos ativos (AGN) rádio-intensos dentro de uma região relativamente pequena de cerca de 100 quiloparsecs. Esses AGN podem estar contribuindo para o aquecimento do ICM através de poderosos fluxos de saída e radiação.

O efeito Sunyaev-Zeldovich, a chave para esta descoberta, é uma ferramenta poderosa para detectar gás quente em aglomerados de galáxias. Ele surge do espalhamento Compton inverso de fótons da radiação cósmica de fundo (CMB) pelos elétrons quentes no ICM. Este espalhamento causa uma ligeira distorção no espectro do CMB, que pode ser detectada por radiotelescópios sensíveis como o ALMA. A intensidade do efeito SZ está diretamente relacionada à pressão térmica do ICM, fornecendo uma medida de sua temperatura e densidade.

As implicações desta descoberta se estendem à nossa compreensão dos processos que governam a formação e a evolução dos aglomerados de galáxias. A presença precoce de ICM quente sugere que mecanismos de feedback, como os dos AGN, podem desempenhar um papel mais significativo no aquecimento do gás do que se pensava anteriormente. Esses processos de feedback podem regular a formação de estrelas dentro do aglomerado e influenciar a distribuição geral da matéria no universo.

Pesquisas futuras se concentrarão no estudo de outros protoaglomerados de alto desvio para o vermelho para determinar se o aquecimento precoce do ICM é um fenômeno comum ou exclusivo de SPT2349-56. Observações adicionais com o ALMA e outros telescópios ajudarão a caracterizar as propriedades do ICM nesses sistemas e a identificar as fontes de aquecimento. Esses estudos fornecerão restrições valiosas nas simulações cosmológicas e ajudarão a refinar nossa compreensão da complexa interação entre gravidade, dinâmica dos gases e processos de feedback no universo primitivo.