El ‘bebé cúmulo’ de galaxias puede desafiar los modelos cósmicos
JADES-ID1, que data de solo mil millones de años después del Big Bang, puede ser el protocúmulo de galaxias más antiguo y distante que los astrónomos hayan visto jamás.
Imagen compuesta de rayos X e infrarrojos de JADES-ID1, un protocúmulo de galaxias en crecimiento visto unos mil millones de años después del Big Bang. El cuadro blanco muestra la vista del Observatorio de rayos X Chandra (azul) superpuesto a una imagen infrarroja del Telescopio Espacial James Webb.
Rayos X: NASA/CXC/CfA/Á Bogdán; Infrarrojo: NASA/ESA/CSA/STScI; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/P. Edmonds y L. Frattare
Los astrónomos han descubierto un “cúmulo bebé” de galaxias misteriosamente maduro en el universo primitivo, apenas mil millones de años después del Big Bang. Aunque no es un cúmulo de galaxias desarrollado y desarrollado, el protocúmulo es aún más grande y tiene un desarrollo más avanzado de lo que la mayoría de los modelos pueden explicar fácilmente, y también puede ser el más distante jamás visto. Revelado utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y el Telescopio Espacial James Webb (JWST), la extraña estatura del protocúmulo se anunció la semana pasada en un estudio publicado en Naturaleza.
“A menudo se hace referencia a los cúmulos de galaxias como en la ‘encrucijada’ entre la astrofísica y la cosmología”, dice Elena Rasia, astrofísica de la Universidad de Michigan, que no participó en el trabajo. Son laboratorios naturales para estudiar cómo interactúan las galaxias y cómo crecen los agujeros negros supermasivos. El seguimiento de cómo se ensamblan los cúmulos a lo largo de vastas extensiones de tiempo y espacio también informa nuestro conocimiento de la red cósmica y los parámetros cosmológicos que la configuran. Rasia afirma que este protocúmulo hasta ahora único podría ser importante desde ambas perspectivas.
Llamado JADES-ID1 por su ubicación dentro del Estudio Extragaláctico Profundo Avanzado (JADES) de JWST, el protocúmulo fue reportado por primera vez junto con unas dos docenas de otros objetos candidatos del universo temprano en un estudio separado publicado el año pasado. Los datos del JWST sugieren que JADES-ID1 contiene al menos 66 galaxias jóvenes, y este último estudio mide que el protocúmulo es unos 20 billones de veces más masivo que nuestro sistema solar. La mayor parte de esa masa se encuentra en forma de materia oscura invisible, pero, como reveló Chandra, el protocúmulo también está incrustado en una enorme nube de gas caliente que brilla con rayos X.
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Los datos de Chandra fueron cruciales para confirmar que el protocúmulo es genuino, dice el autor principal del estudio, Ákos Bogdán, astrofísico del Centro de Astrofísica. Harvard y Smithsonian. Atraído por el inmenso campo gravitacional de un cúmulo de galaxias, el gas que cae se acumula y genera ondas de choque, calentándose a millones de grados y creando el brillo de rayos X; Los astrónomos llaman a esta “atmósfera” intergaláctica difusa el medio intracúmulo, y suele ser un signo de un sistema maduro y asentado. Para JADES-ID1, sin embargo, muestra en cambio un cúmulo bebé que crece rápidamente devorando el gas circundante, unos dos mil millones de años antes. el protocúmulo de brillo de rayos X que ostentaba el récord anterior estalló en el escenario cósmico.
JADES-ID1 “es realmente el cúmulo más joven con una atmósfera que emite rayos X”, dice Bogdán. “Y este descubrimiento amplía mucho la frontera del protocúmulo de rayos X, mucho tiempos anteriores a los ejemplos anteriores”. Dada la enorme masa inferida de JADES-ID1 y la muy pequeña porción de cielo que los astrónomos estudiaron para encontrar este objeto, añade, «o tuvimos mucha suerte (de verlo) o estamos detectando una región del universo que crece inusualmente rápido».
Los modelos estándar de formación de cúmulos predicen que algo tan grande no debería existir en una etapa tan temprana de la historia del universo. Y, suponiendo que continuara su prodigioso crecimiento en épocas cósmicas más recientes, JADES-ID1 eventualmente se convertiría en un cúmulo de galaxias adulto de tamaño anormalmente grande. Pero aún está por verse si la existencia de este voluminoso protocúmulo realmente exige la reescritura de los libros de texto.
«Es cierto que no entendemos completamente cómo estas estructuras pueden formarse y aparecer tan avanzadas en una etapa tan temprana del tiempo», dice Klaus Dolag, astrofísico computacional de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich, que no participó en los estudios JADES-ID1. Pero, añade Dolag, «es posible que ya tengamos algunos indicios de lo que está sucediendo aquí».
En un estudio de 2023Dolag y sus colegas realizaron simulaciones robustas del ensamblaje de protocúmulos sólo unos quinientos millones de años después de JADES-ID1, y descubrieron que muchos de esos objetos virtuales desarrollaron atmósferas de rayos X detectables en ese momento. Pero de los primeros protocúmulos más grandes y antiguos del estudio de 2023, ninguno se convirtió en cúmulos de galaxias de gran tamaño a medida que la simulación avanzaba hacia el universo actual. En cambio, su crecimiento se desaceleró a medida que maduraron y agotaron los yacimientos disponibles de gas circundante. Si el mismo comportamiento se aplica a JADES-ID1, dice Dolag, su tamaño considerable y temprano observado sería menos misterioso.
Stefano Borgani, astrofísico de la Universidad de Trieste en Italia, que no participó en ninguno de estos estudios, señala que debido a que la detección de rayos X de JADES-ID1 y otros protocúmulos tempranos lleva a Chandra a sus límites, es difícil para los investigadores evaluar lo que realmente saben sobre estos sistemas extremos. «Una comprensión más clara de si (JADES-ID1) desafía nuestra comprensión actual de la formación de estructuras cósmicas tendrá que esperar a una próxima generación de telescopios de rayos X» con la visión aguda de Chandra pero con mayor sensibilidad, dice.
Bogdán está de acuerdo en que los astrónomos necesitan estudiar protocúmulos adicionales de época similar. «Los próximos pasos deberían ser encontrar más sistemas como este y construir muestras más grandes de protocúmulos en el universo temprano para que no dependamos de un solo objeto», dice.
Resolver el misterio de este grupo de bebés maduros producirá avances importantes pase lo que pase, afirma Dolag. «O aprendemos algo nuevo sobre la compleja interacción de varios procesos físicos que dan forma a la formación de galaxias, o aprendemos que, de hecho, hay un defecto en nuestro modelo general de cosmología que nos hace simplificar demasiado».
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