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Una colisión titánica de cúmulos de galaxias desafía a la cosmología estándar

Un nuevo estudio demuestra que dos cúmulos de galaxias extremadamente grandes colisionaron cuando el universo tenía sólo la mitad de su edad actual.

14 September 2023

Según un nuevo estudio realizado por un grupo internacional de astrónomos, la colisión de dos cúmulos masivos de galaxias cuando el universo tenía la mitad de su edad actual no debería haberse producido.  

Según el modelo estándar de la cosmología de la materia oscura fría (Lambda-cold dark matter), las galaxias se forman primero y tiempo después se combinan en cúmulos de galaxias mayores. Así pues, los cúmulos de galaxias deberían tardar mucho tiempo en aparecer en la escena cósmica.  

Pero un nuevo estudio, publicado en la revista The Astrophysical Journal, pone esto en tela de juicio al demostrar que dos cúmulos de galaxias extremadamente grandes colisionaron a una velocidad muy alta cuando el universo tenía sólo la mitad de su edad actual. 

El Gordo  

El Gordo , colisión de cúmulosImagen compuesta en color del cúmulo de galaxias en interacción El Gordo, que muestra luz de rayos X del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA en azul, datos ópticos del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en rojo, verde y azul, y emisión infrarroja del telescopio espacial Spitzer de la NASA en rojo y naranja. Crédito: Rayos X: NASA/CXC/Rutgers/J. Hughes

La pareja de cúmulos en cuestión se conoce como El Gordo, un nombre muy apropiado si se tiene en cuenta que su masa es unos 2.000 billones de veces la del Sol (2 seguido de quince ceros). El nuevo estudio utiliza una estimación actualizada de su masa que es mucho más precisa. Esto elimina una importante fuente de incertidumbre en un estudio anterior de los mismos autores sobre lo problemático que es El Gordo para la el modelo Lambda-CDM. 

La masa se estimó utilizando la desviación de la luz de las galaxias de fondo, cuya forma aparece distorsionada gracias a la atracción gravitatoria de El Gordo, un poco como una lupa. Esta masa de "lente débil" se obtuvo con el telescopio espacial Hubble, pero concuerda con resultados más recientes del telescopio espacial James Webb y otros estudios realizados con otros métodos. La masa tiene ahora una modesta incertidumbre del 10%. 

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La investigación, dirigida por Elena Asencio, estudiante de doctorado de la Universidad de Bonn, utilizó simulaciones detalladas de la interacción publicadas anteriormente para estimar la velocidad a la que colisionaron los cúmulos. A continuación, los autores buscaron en una simulación cosmológica ?CDM menos detallada que abarcaba un volumen muy grande para buscar pares de cúmulos simulados. 

El GordoLos astrónomos detectaron por primera vez la existencia de ‘El Gordo’ en el 2014 // Crédito: ESA/Hubble/NASA

El objetivo era contar cuántos de ellos son, a grandes rasgos, análogos a cómo era El Gordo poco antes de la colisión. Esto se hizo con un innovador método de "tomografía de cono de luz" que considera que los objetos más distantes se ven más atrás en el tiempo, cuando había menos estructura. 

Los resultados revelaron que la tensión con ?CDM es muy severa para cualquier velocidad de colisión plausible. Además, la incertidumbre restante en la masa de El Gordo ya no desempeña un papel significativo. 

El Cúmulo de la Bala 

El Gordo no es el único ejemplo de colisión de cúmulos que contradice la ?CDM. El Dr. Indranil Banik, de la Escuela de Física y Astronomía de St Andrews, que desarrolló el análisis estadístico utilizado en este proyecto, declaró: "El Cúmulo de la Bala es otro ejemplo de colisión altamente energética entre dos cúmulos de galaxias, aunque en una época posterior. Tomado en combinación con El Gordo, la situación empeora aún más para CDM. Y se conocen varios ejemplos más que mencionamos en nuestro estudio". 

También hay varios estudios que muestran que las galaxias individuales parecen formarse mucho más rápido de lo esperado en CDM, en gran parte gracias a los datos muy recientes de James Webb. El nuevo estudio y la medición más precisa de la masa pueden dar lugar a más esfuerzos para simular El Gordo y comprender mejor este enigmático objeto. 

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