Una colisión de dos cúmulos masivos de galaxias cuando el universo tenía la mitad de su edad actual no debería haber ocurrido según la teoría estándar de la cosmología, según un nuevo estudio realizado por un grupo internacional de astrónomos, incluido un físico de la Universidad de St Andrews.
Según el modelo cosmológico estándar Lambda-materia oscura fría (ΛCDM), las galaxias se forman primero y sólo después se combinan en cúmulos de galaxias más grandes. Por lo tanto, los cúmulos de galaxias deberían tardar mucho en aparecer en la escena cósmica. El nuevo estudio, publicado en The Astrophysical Journal, desafía esto al mostrar que dos cúmulos de galaxias extremadamente grandes chocaron a una velocidad muy alta cuando el universo tenía sólo la mitad de su edad actual.
El par de cúmulos en cuestión se conoce como El Gordo, un nombre apropiado dado que su masa es aproximadamente 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 fuente importante de incertidumbre en un estudio anterior realizado por los mismos autores sobre cuán problemático es El Gordo para el ΛCDM.
La masa se estimó utilizando la desviación de la luz de las galaxias de fondo, cuya forma parece distorsionada gracias a la atracción gravitacional de El Gordo, un poco como una lupa. Esta masa de “lente débil” se obtuvo utilizando el Telescopio Espacial Hubble, pero concuerda con resultados más recientes del Telescopio Espacial James Webb y otros estudios que utilizan otros métodos. La masa ahora tiene una modesta incertidumbre del 10%.
La investigación, dirigida por Elena Asencio, Ph.D. estudiante de la Universidad de Bonn, utilizó simulaciones detalladas de la interacción publicadas previamente para estimar la velocidad a la que colisionaron los grupos. Luego, los autores buscaron en una simulación cosmológica ΛCDM menos detallada que cubría un volumen muy grande para buscar pares de cúmulos simulados.
El objetivo era contar cuántos de ellos son, en términos generales, 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 ΛCDM es muy severa para cualquier velocidad de colisión plausible. Además, la incertidumbre que queda en la masa de El Gordo ya no juega un papel significativo.
Elena dijo: “Algunos científicos cuestionaron los resultados de nuestro estudio anterior una vez que se publicó una estimación de masa actualizada para El Gordo y fue ligeramente menor. Esto reduce la tensión con ΛCDM, pero sigue siendo muy significativo para cualquier velocidad de colisión plausible. “Cientos de simulaciones detalladas muestran que El Gordo no puede parecerse a las fotos con una velocidad de colisión mucho más lenta que podría surgir en ΛCDM.”
Si bien es posible obtener una simulación que se parezca a El Gordo con una colisión más rápida, un evento de este tipo es demasiado raro en ΛCDM. Esto se debe a que sería muy inusual encontrar dos cúmulos tan masivos a poca distancia en una etapa tan temprana de la historia cósmica. Exigir además que se dirijan uno hacia el otro a gran velocidad pone en riesgo la credibilidad. El nuevo estudio y la medición de masa más precisa pueden conducir a más esfuerzos para simular a El Gordo para comprender mejor este enigmático objeto.
El Gordo no es el único ejemplo de colisión de cúmulos en desacuerdo con ΛCDM. El Dr. Indranil Banik de la Escuela de Física y Astronomía de St Andrews, quien desarrolló el análisis estadístico utilizado en este proyecto, dijo: “El Bullet Cluster es otro ejemplo de una colisión altamente energética entre dos cúmulos de galaxias, aunque en una época posterior. En combinación con El Gordo, la situación empeora aún más para ΛCDM. Y en nuestro estudio se conocen y mencionan varios otros ejemplos”.
También hay varios estudios que muestran que las galaxias individuales parecen formarse mucho más rápidamente de lo esperado en ΛCDM, en gran parte gracias a datos muy recientes de James Webb. Sobre el contexto más amplio de los resultados de El Gordo, Pavel Kroupa, profesor de la Universidad de Bonn y la Universidad Carolina de Praga, dijo: “Ahora hay mucha evidencia de que la formación de estructuras en el universo ocurrió más rápido de lo esperado en ΛCDM. Estamos Actualmente estamos explorando otras líneas de evidencia para esto”.
Con información de The Astrophysical Journal
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