La Antártida no parece, a primera vista, el lugar más cómodo para hacer astronomía. Pero justo ahí, en la Estación Amundsen-Scott del Polo Sur, un telescopio lleva años observando una de las señales más antiguas del cosmos: el fondo cósmico de microondas, esa luz tenue que quedó como eco del Big Bang y que todavía atraviesa el universo desde todas las direcciones.
Ahora, esos datos acaban de convertirse en un catálogo histórico. Un equipo internacional que trabaja con el South Pole Telescope publicó un relevamiento con 8.892 candidatos a cúmulos de galaxias y 7.190 confirmaciones obtenidas con observaciones ópticas e infrarrojas. Según la Universidad de Chicago, el catálogo se basa en cinco años de datos del experimento SPT-3G y ofrece una nueva herramienta para estudiar cómo el universo creció y cambió durante miles de millones de años.
La cifra impresiona, pero lo más interesante es cómo se obtuvo. Estos cúmulos no fueron detectados principalmente por la luz de sus galaxias, sino por las pequeñas distorsiones que producen sobre el fondo cósmico de microondas. Es decir: los astrónomos buscaron las sombras que las estructuras más grandes del universo dejan sobre la luz más antigua que podemos observar.
Una encuesta cósmica construida con la luz más vieja del universo
Los cúmulos de galaxias son estructuras gigantescas. Pueden reunir cientos o miles de galaxias, enormes cantidades de gas caliente y una masa dominante de materia oscura, todo unido por la gravedad. Por eso funcionan como laboratorios naturales para estudiar algunas de las preguntas más grandes de la cosmología: cómo se agrupa la materia, cómo evolucionan las estructuras cósmicas y qué papel juegan la materia oscura y la energía oscura en esa historia.
El nuevo catálogo cubre unos 1.600 grados cuadrados del cielo, alrededor del 4% de la bóveda celeste. No es el relevamiento más amplio, pero sí uno de los más profundos en su tipo. La Universidad de Chicago señala que incluye unos 1.800 cúmulos cuya luz ha viajado más de 7.800 millones de años hasta llegar a nosotros. LMU Munich añade que el catálogo contiene alrededor de un 50% más de cúmulos distantes (con corrimiento al rojo superior a 1) que el mayor catálogo previo seleccionado por el mismo método, pese a cubrir una región del cielo unas diez veces menor.
Ese detalle marca la diferencia. Ver más lejos no significa solo sumar objetos exóticos al inventario. Significa mirar el universo cuando era más joven y comparar cómo eran entonces los cúmulos con los que vemos en épocas más recientes. En cosmología, esa comparación es una forma de medir la historia del crecimiento cósmico.
El efecto Sunyaev-Zeldovich: cuando los cúmulos dejan sombras
La técnica usada tiene un nombre difícil, pero una idea muy elegante: efecto Sunyaev-Zeldovich. Cuando la luz del fondo cósmico de microondas atraviesa un cúmulo de galaxias, se encuentra con electrones muy energéticos en el gas caliente que llena el espacio entre las galaxias. Esa interacción modifica ligeramente la energía de la radiación y deja una señal detectable en mapas de microondas.
LMU Munich lo explica de una forma muy visual: los nuevos cúmulos no se descubrieron por su brillo estelar, sino por pequeñas sombras impresas sobre el resplandor del Big Bang. En los mapas de baja frecuencia del SPT-3G, esas estructuras aparecen como manchas oscuras sutiles, precisamente por ese cambio de energía causado al atravesar el gas caliente.
La ventaja es enorme para encontrar cúmulos lejanos. La luz visible de sus galaxias puede ser débil, estar desplazada al infrarrojo o quedar difícil de separar del fondo. El efecto Sunyaev-Zeldovich, en cambio, permite rastrear directamente el gas caliente de estos sistemas, incluso a grandes distancias. Por eso el SPT-3G puede detectar señales más tenues, cúmulos menos masivos y objetos más remotos que otros relevamientos menos profundos.
Muchos de estos cúmulos eran invisibles para los catálogos anteriores
El resultado no es solo una lista más grande. Según la Universidad de Chicago, cerca del 20% de los cúmulos confirmados no aparecía en ningún catálogo anterior. Además, para el 67% de la muestra (unos 4.824 sistemas) esta es la primera detección del gas caliente que contienen.
El preprint publicado en arXiv detalla que la muestra incluye objetos con masas estimadas entre 7,9 × 10¹³ y 1,6 × 10¹⁵ masas solares, y cubre un rango de corrimiento al rojo que llega hasta aproximadamente z = 2. También señala que 1.780 cúmulos están por encima de z = 1 y 271 superan z = 1,5, lo que confirma la profundidad del relevamiento.
La cámara SPT-3G fue clave para llegar a ese nivel de sensibilidad. Según la Universidad de Chicago, se instaló en 2017 con 16.000 detectores construidos en Argonne. Esa actualización permitió observar el fondo cósmico de microondas con una profundidad suficiente como para transformar señales casi imperceptibles en un catálogo utilizable para cosmología.
El catálogo también mira dentro de los cúmulos
El estudio no se queda en contar estructuras. También permite analizar cómo cambiaron las condiciones internas de los cúmulos a lo largo del tiempo. Según la Universidad de Chicago, los investigadores encontraron un aumento marcado de la emisión asociada al polvo en entornos de cúmulos observados en épocas más tempranas del universo, una pista relacionada con la actividad de formación estelar dentro y alrededor de estos sistemas masivos.
Eso abre una segunda lectura del catálogo. No solo sirve para medir cuántos cúmulos existen en distintas épocas, sino también para estudiar cómo evolucionaron sus galaxias, su gas y su entorno. En otras palabras, es una herramienta para observar la arquitectura del universo y también la vida interna de algunas de sus ciudades cósmicas más grandes.
Sebastian Bocquet, de LMU Munich y miembro de la colaboración del South Pole Telescope, resumió el objetivo de la próxima fase: usar la muestra SPT-3G para investigar la evolución de la formación de estructuras cósmicas durante los últimos 10.000 millones de años.
La próxima etapa será pesar mejor esas estructuras
El gran desafío ahora no es solo saber dónde están los cúmulos, sino medir mejor sus masas. En cosmología, la abundancia de cúmulos a distintas distancias depende de cómo crecen las estructuras bajo la influencia de la gravedad, la materia oscura y la energía oscura. Si se conoce bien la masa de cada sistema, el catálogo puede convertirse en una prueba muy precisa de los modelos del universo.
La Universidad de Chicago señala que los próximos trabajos se concentrarán justamente en refinar esas mediciones de masa y utilizar el catálogo para contrastar modelos cosmológicos. También se espera que futuras observaciones del Vera C. Rubin Observatory, en Chile, y de la misión Euclid de la Agencia Espacial Europea ayuden a confirmar más cúmulos lejanos dentro de los datos del SPT-3G.
Lo fascinante es que todo esto empieza con una sombra mínima sobre una luz antiquísima. Desde uno de los lugares más extremos del planeta, el South Pole Telescope acaba de ampliar el mapa de las estructuras más grandes del cosmos. Y cada uno de esos 7.190 cúmulos confirmados funciona como una marca en la historia del universo: una pista de cómo la materia pasó de pequeñas irregularidades tras el Big Bang a formar la red gigantesca de galaxias que vemos hoy.
