Identifican el mayor cúmulo galáctico del Universo primitivo

El Universo primitivo era una mezcla caótica de gas y materia que solo empezó a unirse para formar galaxias varios cientos de millones de años después del Big Bang. Y se necesitaron varios miles de millones de años más para que esas primeras galaxias se agruparan en grandes cúmulos. O por lo menos eso era lo que los científicos pensaban.

Ahora, un equipo de astrónomos del Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT), y las universidades de Florida y Missouri, han detectado un enorme y desmadejado cúmulo de galaxias que se formó "solo" 3.800 millones de años después del Big Bang. Se encuentra a 10.000 millones de años luz de la Tierra y alberga miles de galaxias individuales. Esta gigantesca estructura tiene cerca de 250 billones de veces la masa del Sol y es 1.000 veces más masiva que la Vía Láctea, nuestra propia galaxia.

El cúmulo, llamado IDCS J1426.5+3508 (para abreviar, IDCS 1426) es la mayor agrupación de galaxias jamás descubierta en los primeros 4.000 millones de años tras el Big Bang. Estos resultados han sido presentados en la 227 reunión de la Sociedad Astronómica Americana que se celebra en Kissimmee, Florida, y se publicarán próximamente en The Astrophysical Journal.

IDCS 1426 parece estar experimentando una gran agitación. Los investigadores, en efecto, han observado un brillante nudo de rayos X, muy cerca del centro del cúmulo, lo que indica que el núcleo podría haberse desplazado algunos cientos de miles de años luz de su centro. Los científicos creen que el núcleo pudo haber sido desalojado de su posición central por una violenta colisión con otro cúmulo masivo de galaxias, lo que hizo que los gasas del interior del núcleo salpicaran alrededor, igual que el vino en una copa que se hubiera movido de repente.

Michael McDonald, del MIT, está convencido de que una colisión así puede explicar cómo IDCS 1426 pudo formarse tan rápidamente en el Universo primitivo, en una época en la que incluso las galaxias individuales apenas si estaban empezando a tomar forma.

"En el gran esquema de las cosas -asegura McDonald- las galaxias probablemente no empezaron a formarse hasta que el Universo estuvo relativamente frío, y sin embargo esta ´cosa´ surgió de repente y en poco tiempo. Nuestra conjetura es que otro cúmulo masivo similar apareció en escena y lo alteró todo. Lo cual explicaría por qué (IDCS 1426) es tan masivo y creció tan rápidamente. Basicamente, es el primero de la fila".

Ciudades en el espacio

Los cúmulos galácticos son conglomerados de cientos (incluso miles) de galaxias individuales que permanecen juntas debido a la gravedad. Son las mayores estructuras de materia del Universo y los que están más cerca de nosotros, como el cúmulo de Virgo, son extremadamente brillantes y fáciles de localizar en el cielo.

"Son como una especie de ciudades en el espacio, en las que todas esas galaxias viven unas junto a otras -explica McDonald-. En el Universo cercano, si ves un cúmulo es como si los hubieras visto todos, ya que todos ellos tienen un aspecto parecido. Pero cuanto más lejos mires más diferencias empiezan a aparecer".

Sin embargo, la búsqueda de cúmulos galacticos que están muy lejos en el espacio, y también en el tiempo, es una tarea difícil y llena de incertidumbres. En 2012, un grupo de investigadores de la NASA, usando el Telescopio espacial Spitzer, detectó las primeras señales de IDCS 1426 y llevó a cabo las primeras estimaciones de su masa. "Tuvimos entonces las primeras nociones de lo masivo que era y de lo lejos que estaba -recuerda McDonald- pero no estabamos del todo convencidos. Estos nuevos resultados son el ´clavo en el ataud´ y la prueba de que era realmente lo que intuíamos".

Para tener una estimación más precisa de la masa del cúmulo galáctico, McDonald y sus colegas utilizaron datos de varios de los mayores observatorios de la NASA, entre ellos el Telescopio Espacial Hubble, el observatorio Keck y el telescopio de rayos X Chandra. "Básicamente -explica el investigador- utilizamos tres métodos diferentes para pesar el cúmulo".

Tanto el Hubble como los observatorios Keck registraron datos ópticos, que los investigadores analizaron al detalle para determinar la cantidad de luz que se curvaba alrededor del cúmulo debido a su gravedad, un fenómeno llamado "lente gravitacional". Cuanto mayor es un cúmulo, más gravedad ejerce en su entorno y mayor es la curvatura de los rayos luminosos que pasan cerca de él.

Con el telescopio espacial Chandra, los científicos examinaron los datos de los rayos X para tener una estimación de la temperatura reinante en el cúmulo. Los objetos a muy altas temperaturas emiten rayos X, y cuanto más caliente esté un cúmulo, más gas se comprime en su interior, haciéndolo más masivo. A partir de los datos de los rayos X, McDonald y su equipo también calcularon la cantidad de gas presente en IDCS 1426, lo que constituye un indicativo para conocer también la cantidad de materia, y su masa.

Zona de obras

Utilizando los tres métodos, el equipo llegó, con cada uno de ellos, prácticamente a los mismos resultados: cerca de 250 billones de veces la masa del Sol. Ahora, los investigadores tratan de identificar galaxias individuales en el interior del cúmulo para intentar comprender cómo esta enorme megaestructura pudo llegar a formarse en el Universo primitivo.

"Este cúmulo es como una especie de zona de obras -afirma McDonald-. Es sucio, ruidoso y lleno de cosas incompletas. Pero observar lo que está incompleto es precisamente la forma de hacerse una idea de cómo los cúmulos crecen. Hasta ahora, apenas si hemos localizado una docena de galaxias individuales, pero esto es solo el principio, la punta del iceberg".

McDonald espera que las cosas cambien con el lanzamiento, en 2018, del Telescopio Espacial James Webb, un instrumento que opera en el infrarrojo y que es cientos de veces más sensible que el actual Spitzer, con el que se descubrió el cúmulo.