Cuando los astrónomos hablan de cúmulos de galaxias, suelen imaginar estructuras que tardan miles de millones de años en asentarse: grandes “ciudades cósmicas” donde cientos o miles de galaxias comparten vecindario, flotando en un océano de gas caliente y dominadas por la gravedad de la materia oscura. Por eso ha llamado tanto la atención el hallazgo de un cúmulo “infante” que ya aparece con el motor a máxima potencia cuando el universo todavía era muy joven.
Un equipo de la University of British Columbia (UBC) y Dalhousie University ha identificado un cúmulo apodado SPT2349-56 en una época muy temprana, cuando el cosmos tenía solo unos 1.400 millones de años. Lo desconcertante no es solo que exista tan pronto, sino que el gas asociado al cúmulo está muchísimo más caliente de lo que predicen los modelos habituales, al menos cinco veces por encima de lo esperado. El trabajo se ha publicado en Nature, y el dato clave funciona como una alarma de humo: no te dice exactamente dónde está el fuego, pero sí que algo no encaja con el guion estándar.
Qué se ha visto en SPT2349-56 y por qué importa
SPT2349-56 no es un “grupo” relajado de galaxias paseando tranquilamente. Es un núcleo compacto de alrededor de 500.000 años luz de extensión que concentra más de 30 galaxias activas, muchas de ellas en modo fábrica. Según el estudio, están formando estrellas a ritmos descomunales, de miles de veces el ritmo de la Vía Láctea. Si la Vía Láctea fuera una panadería de barrio, este lugar sería una cadena industrial produciendo sin parar, con hornos encendidos día y noche.
Ese frenesí suele ir acompañado de otra pieza habitual del rompecabezas: agujeros negros supermasivos creciendo en el centro de algunas galaxias. En regiones tan densas, con tanto “combustible” disponible en forma de gas, es fácil que el crecimiento del agujero negro y la formación estelar se alimenten mutuamente… hasta que el propio agujero negro empieza a empujar de vuelta.
Aquí entra la gran rareza: el cúmulo no solo es masivo y activo para su edad cósmica, sino que su componente de gas está “sobrecalentado”. Y ese gas, en los cúmulos maduros, no es un detalle decorativo: es la mayor reserva de materia ordinaria del sistema y un termómetro directo del tipo de procesos que han ocurrido durante su formación.
Cómo ALMA detecta lo que no se ve a simple vista
Para captar esta historia se ha usado ALMA, el gran conjunto de antenas en el desierto de Atacama, especializado en observar longitudes de onda milimétricas y submilimétricas. Mucha gente asocia ALMA con polvo y gas frío, con guarderías estelares y galaxias jóvenes ocultas tras nubes. En este caso, el interés está en rastrear el gas caliente del entorno del cúmulo, un ingrediente que normalmente se estudia con rayos X en cúmulos cercanos.
La gracia del enfoque es que el universo temprano es un lugar complicado: todo está más lejos, más débil y más mezclado con el “fondo” del cosmos. Observar el gas del cúmulo en esa época equivale a intentar escuchar una conversación en una cafetería abarrotada, con música de fondo y gente pasando. Que el equipo afirme que es la detección directa más lejana de gas caliente de cúmulo realizada hasta ahora subraya el salto observacional, y también el nivel de confianza que se necesita para decir: “esto está realmente caliente, y no debería”.
Por qué el gas debería calentarse “más despacio” según los modelos
En el relato estándar de la cosmología, los cúmulos se construyen gradualmente. Primero, la materia oscura colapsa y crea un gran pozo gravitatorio; luego, el gas cae dentro, se comprime y se calienta a lo largo del tiempo mediante choques y colisiones, como cuando una multitud entra a presión por una puerta estrecha: la energía del movimiento y la compresión termina en calor. Con ese proceso, el gas del cúmulo alcanza temperaturas extremas, quedando tan caliente que brilla en rayos X en los cúmulos del universo cercano.
El problema es el calendario. Con solo 1.400 millones de años desde el Big Bang, se esperaba ver un sistema en construcción, quizá turbulento, sí, pero no un entorno con un gas tan recalentado. Si el termómetro marca cinco veces más de lo que el modelo “permitía”, la pregunta es inevitable: ¿se está formando la estructura mucho más rápido de lo previsto, o hay una fuente extra de energía que estamos subestimando?
El papel de los agujeros negros supermasivos: soplar el brasero
El estudio apunta a una explicación plausible: los agujeros negros supermasivos pueden estar inyectando energía al medio con potentes chorros y vientos, lo que en astrofísica se suele describir como “feedback” de núcleo activo. Traducido a una metáfora doméstica, imagina que tienes una chimenea (la formación estelar) que arde con fuerza porque hay leña de sobra (gas). De pronto, alguien enciende un soplador industrial (el agujero negro activo) que aviva y redistribuye el calor por toda la sala, calentando rincones que no deberían estar tan calientes todavía.
Esos flujos de salida pueden comprimir gas en algunos lugares, apagar la formación estelar en otros, y calentar el entorno de forma muy eficiente. Si en el núcleo de SPT2349-56 hay “varios sopladores” funcionando a la vez, el resultado podría ser ese sobrecalentamiento temprano. La idea no es solo que haya energía extra, sino que está llegando en el momento más sensible: cuando el cúmulo todavía está montando su infraestructura.
Qué cambia en la historia de la formación de galaxias y de cúmulos
Si el gas de un cúmulo puede estar tan caliente tan pronto, los modelos de crecimiento de estructuras masivas necesitan revisar su receta. Tal vez la etapa inicial no sea un calentamiento lento y progresivo, sino un arranque más violento, con episodios de actividad intensa que “precalientan” el medio y condicionan lo que viene después.
Esto tiene consecuencias prácticas para cómo interpretamos observaciones del universo temprano. Un gas más caliente modifica cómo se enfría el material que debería formar nuevas estrellas; también altera la forma en la que el cúmulo se detecta en distintas longitudes de onda. Dicho de otra manera, si el “clima” del cúmulo es más extremo desde el inicio, la evolución posterior de sus galaxias podría ser distinta a la que asumimos cuando usamos cúmulos actuales como referencia.
Hay también un matiz importante: los cúmulos son herramientas de precisión en cosmología. Se usan para poner límites a parámetros del universo, porque su número y distribución dependen del crecimiento de estructuras impulsado por la materia oscura y la expansión cósmica. Si en el universo temprano hay cúmulos más “maduros” térmicamente de lo esperado, o si la física del gas está más influida por agujeros negros supermasivos de lo que se creía, las interpretaciones cosmológicas pueden requerir ajustes finos.
Lo que viene: confirmar, comparar y buscar más “bebés” inquietantes
Un único objeto puede ser una rareza estadística o la primera pieza de un patrón. La forma de distinguirlo es ampliar la muestra: encontrar más cúmulos en etapas comparables, medir su gas y comprobar si este tipo de sobrecalentamiento temprano es común o excepcional. También será clave cruzar observaciones, combinando instrumentos que vean distintos “capítulos” del fenómeno: radiotelescopios como ALMA para ciertas señales en milimétrico, observatorios de rayos X para el gas caliente en otros casos, y telescopios infrarrojos y ópticos para reconstruir la población de galaxias y su ritmo de formación estelar.
Por ahora, el valor de SPT2349-56 está en lo incómodo que resulta. En ciencia, lo incómodo suele ser productivo: obliga a mirar dos veces, a mejorar la teoría y, con suerte, a entender mejor el tipo de infancia que tuvieron las mayores estructuras del universo.
☞ El artículo completo original de Natalia Polo lo puedes ver aquí