COSMOS-z3.1-A: así era el antepasado de un gigantesco supercúmulo cuando el universo tenía 2.100 millones de años

Un equipo internacional de astrónomos ha identificado COSMOS-z3.1-A, el antepasado más distante conocido de un supercúmulo de galaxias. Se observa con un corrimiento al rojo de 3,1, es decir, tal como era cuando el universo tenía aproximadamente 2.100 millones de años. Es una ventana excepcional a la fase en la que las mayores estructuras del cosmos todavía se estaban formando a partir de componentes menores. 15

Una masa equivalente a 5.000 Vías Lácteas

La masa estimada de COSMOS-z3.1-A equivale a unas 5.000 veces la masa de la Vía Láctea. Los modelos y las estimaciones de la masa que tendría su descendiente en el universo actual apuntan a que evolucionará hacia un sistema de cúmulos más masivo que el cúmulo de Coma, uno de los grandes cúmulos de galaxias del universo cercano. 2510

Esa proyección no es una medición directa de su masa futura: depende de modelos que relacionan la sobredensidad observada en el universo temprano con la estructura que previsiblemente formará miles de millones de años después. 2510

No es una esfera compacta, sino una red en construcción

COSMOS-z3.1-A no es un cúmulo estable y redondeado. Está compuesto por varios núcleos de protocúmulos densos y grumosos, distribuidos en un volumen aproximado de 90 × 70 × 60 megapársecs comóviles. De esos núcleos parten extensiones con forma de filamentos, que parecen conducir materia hacia las regiones más densas. 1

La estructura se sitúa en una zona extraordinariamente sobredensa, donde convergen filamentos de la denominada red cósmica: la trama a gran escala de materia que conecta galaxias, grupos y cúmulos. Su rareza radica tanto en su enorme masa como en lo temprano de la época en que ha sido observada. 112

Cómo lograron verla en tres dimensiones

El sondeo ODIN localizó concentraciones de galaxias emisoras de Lyman-alfa mediante imágenes de banda estrecha, obtenidas principalmente con DECam. Después, el equipo combinó espectros de DESI en áreas extensas con observaciones de seguimiento de Gemini South/GMOS y Keck II/DEIMOS. Así confirmó las distancias de las galaxias y convirtió una acumulación aparente en el cielo en un mapa tridimensional de la estructura. 1

La distribución de esas galaxias también permitió seguir los filamentos que conectan los núcleos densos. 1

Una evidencia del crecimiento jerárquico del universo

El hallazgo encaja con el modelo jerárquico de formación de estructuras: primero se forman halos de materia oscura y grupos de galaxias más pequeños; después, estos se fusionan y captan material a través de filamentos hasta construir cúmulos y supercúmulos.

COSMOS-z3.1-A muestra precisamente esa etapa intermedia. En vez de una única estructura ya relajada, presenta varios protocúmulos diferenciados, inmersos en una red filamentaria que los alimenta. 110

Qué relación tiene con las galaxias masivas vistas por Webb

Este resultado es distinto de otro hallazgo reciente realizado con el telescopio espacial James Webb (JWST), centrado en las estrellas de galaxias individuales del universo temprano. Los espectros de una pequeña muestra sugieren que algunas de aquellas galaxias pudieron contener más estrellas débiles y de baja masa de lo previsto: una población estelar denominada bottom-heavy o sesgada hacia estrellas poco masivas. 4913

De confirmarse de forma generalizada, ese efecto podría elevar las masas estelares calculadas en aproximadamente entre tres y cuatro veces en algunos casos. Eso intensificaría la pregunta de cómo ciertas galaxias acumularon tanta materia y formaron tantas estrellas tan poco tiempo después del Big Bang. 4913

COSMOS-z3.1-A aporta un posible contexto ambiental para ese crecimiento acelerado: nodos extremadamente densos de la red cósmica, abastecidos continuamente por filamentos. Sin embargo, no resuelve por sí solo el problema de las masas estelares. Formar un entorno masivo de materia oscura no explica automáticamente la distribución de masas de las estrellas ni la eficiencia de formación estelar dentro de cada galaxia.

El siguiente paso: encontrar más estructuras tempranas

El Legacy Survey of Space and Time (LSST) del Observatorio Vera C. Rubin proporcionará imágenes profundas, amplias y repetidas en varios filtros. Esto debería ampliar de forma notable el catálogo de candidatas a sobredensidades lejanas y permitir estudios más sistemáticos de protocúmulos y sus entornos. Aun así, serán necesarias observaciones espectroscópicas para establecer posiciones tridimensionales precisas y reconstruir sus historias dinámicas. El observatorio Rubin ya ha iniciado las operaciones de LSST. 13