Las fluctuaciones cuánticas durante la etapa de inflación fueron clave para la formación de estructuras masivas muy antiguas, como el cúmulo El Gordo

a cuestión de cómo se formaron las grandes estructuras del universo, como galaxias, cúmulos o agujeros negros, es una de las más antiguas en cosmología. Sin embargo, a partir de los años 80, los cosmólogos se dieron cuenta de un elemento clave en este proceso: las fluctuaciones cuánticas.

Estas son cambios de energía en puntos concretos del espacio-tiempo que, de acuerdo con el modelo de inflación, fueron determinantes para formar lo que se convertiría en los grumos de materia de nuestro universo. La inflación cósmica es una propuesta muy popular para explicar la rápida expansión del universo en sus instantes iniciales de vida.

Hasta hace poco se creía que las grandes estructuras que hoy observamos en nuestro universo, como cúmulos masivos, con decenas de miles de galaxias, necesariamente tendrían que haberse formado mucho más tarde de esa etapa.

Sin embargo, un nuevo publicado en Physical Review Letters ofrece una explicación a la existencia de grandes estructuras muy antiguas, que datan incluso de cuando el universo tenía solo 200 a 400 millones de años y que no se ajustan a las predicciones del modelo estándar de cosmología.

La clave para que se formen está en las fluctuaciones cuánticas durante la etapa de inflación, según los autores. Estas explicarían la existencia de observaciones con un alto corrimiento al rojo, objetos «que no deberían estar ahí», formados solo unos pocos cientos de millones de años después de la formación del universo, como el cúmulo El Gordo o las galaxias masivas vistas por el James Webb Space Telescope.

El Gordo, el cúmulo de galaxias distantes más grande jamás observado con los telescopios existentes, se descubrió en 2014. «Este cúmulo constituye un objeto muy masivo que data de 6.400 millones de años después del Big Bang, algo que se habría formado muy pronto y cuya existencia no se podía explicar con los modelos anteriores», explica Juan García-Bellido, coautor del estudio e investigador en el Instituto de Física Teórica (IFT, centro mixto de la Universidad Autónoma de Madrid y el CSIC).

Estos cúmulos de varias decenas de miles de galaxias no se podrían formar, en teoría, hasta mucho después. «Sorprendió encontrar objetos tan masivos tan pronto. Por tanto, era necesario encontrar una explicación», cuenta el físico.

Hace años, los autores –que también incluyen a José María Ezquiaga del Instituto Niels Bohr y Vicent Vennin de la Universidad de París–  ya se dieron cuenta de que las fluctuaciones cuánticas durante la etapa de inflación afectaban a esta dinámica de aceleración del universo.

Antes del nuevo trabajo, se creía que la distribución estadística de estas fluctuaciones cuánticas durante el periodo de inflación formaba una gráfica muy concreta, conocida como campana de Gauss. Pero los investigadores se dieron cuenta de que, aplicando ecuaciones que permiten mirar un poco más allá, lo que obtenemos en realidad es una distribución no gaussiana, que presenta una región ‘de cola’, tal como se puede apreciar en la imagen inferior.

«Esto indica que estas fluctuaciones podrían colapsar en grandes estructuras, galaxias, cúmulos o incluso estructuras mayores. Mientras que, con la hipótesis anterior, donde teníamos una función de tipo gaussiana, estas estructuras tardarían mucho más tiempo en formarse por colapso gravitacional», explica García-Bellido.

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