Å se dypt inn i det observerbare universet - og dermed tilbake til de tidligste tidene - er en utrolig fascinerende ting. På denne måten kan astronomer se de tidligste galaksene i universet og lære mer om hvordan de utviklet seg over tid. Fra dette er de ikke bare i stand til å se hvordan storskala strukturer (som galakser og galakse klynger) dannet, men også rollen som mørk materie har spilt.
Senest brukte et internasjonalt team av forskere Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA) for å observere universet da det bare var 1,4 milliarder år gammelt. Det de observerte var en "protoklus", en serie på 14 galakser som ligger 12,4 milliarder lysår unna som var i ferd med å slå seg sammen. Dette ville resultere i dannelsen av en massiv galakse-klynge, en av de største objektene i det kjente universet.
Studien som beskrev funnene deres, med tittelen “En massiv kjerne for en klynge av galakser med en rødforskyvning på 4,3”, dukket nylig opp i tidsskriftet Natur. Studien ble ledet av Tim Miller - en astronom fra Dalhousie University, Halifax og Yale University - og inkluderte medlemmer fra NASAs Jet Propulsion Laboratory, European Southern Observatory (ESO), Canadas nasjonale forskningsråd, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, National Radio Astronomy Observatory, og flere universiteter og forskningsinstitusjoner.
Som de indikerer i studien, ble denne protokollen (betegnet SPT2349-56) først observert av National Science Foundation's South Pole Telescope. Ved hjelp av Atacama Pathfinder Experiment (APEX) gjennomførte teamet oppfølgingsobservasjoner som bekreftet at det var en ekstremt fjern galaktisk kilde, som deretter ble observert med ALMA. Ved å bruke ALMAs overlegne oppløsning og følsomhet var de i stand til å skille de enkelte galaksene.
Det de fant var at disse galakseene dannet stjerner med en hastighet på 1000 ganger raskere enn galaksen vår, og var proppfull inne i et romområde som var omtrent tre ganger så stor som Melkeveien. Ved hjelp av ALMA-dataene var teamet også i stand til å lage sofistikerte datasimuleringer som demonstrerte hvordan denne nåværende samlingen av galakser sannsynligvis vil vokse og utvikle seg over milliarder av år.
Disse simuleringene indikerte at når disse galaksene smelter sammen, vil den resulterende galakse-klyngen konkurrere med noen av de mest massive klyngene vi ser i Space Magazine. Som Scott Chapman, og astrofysiker ved Dalhousie University og en medforfatter på studien, forklarte:
Å ha fanget en massiv galakse-klynge i formasjoner er i seg selv spektakulær. Men det at dette skjer så tidlig i universets historie, utgjør en formidabel utfordring for vår nåværende forståelse av strukturer i universet. "
Den nåværende vitenskapelige konsensus blant astrofysikere uttaler at noen få millioner år etter Big Bang begynte normal materie og mørk materie å danne større konsentrasjoner, og til slutt ga opphav til galakse klynger. Disse objektene er de største strukturene i universet, som inneholder billioner av stjerner, tusenvis av galakser, enorme mengder mørk materie og massive sorte hull.
Nåværende teorier og datamodeller har imidlertid antydet at protokoller - som den som er observert av ALMA - burde ha tatt mye lengre tid å utvikle seg. Å finne en som dateres til bare 1,4 milliarder år etter Big Bang var derfor ganske overraskelsen. Som Tim Miller, som for tiden er doktorgradskandidat ved Yale University, indikerte:
Hvordan denne galaksenes samling ble så stor så fort er litt av et mysterium, den ble ikke bygget gradvis opp over milliarder av år, som astronomer kunne forvente. Denne oppdagelsen gir en utrolig mulighet til å studere hvordan galakse klynger og deres enorme galakser samlet seg i disse ekstreme miljøene. ”
Ser på fremtiden, håper Chapman og kollegene å gjennomføre ytterligere studier av SPT2349-56 for å se hvordan disse protokollene til slutt ble en galakse-klynge. "ALMA ga oss for første gang et klart utgangspunkt for å forutsi utviklingen av en galakse-klynge," sa han. "Med tiden vil de 14 galaksene vi observerte slutte å danne stjerner og vil kollidere og sammenfalle i en eneste gigantisk galakse."
Studien av denne og andre protokoller vil bli mulig takket være instrumenter som ALMA, men også neste generasjons observatorier som Square Kilometer Array (SKA). Utstyrt med mer følsomme matriser og mer avanserte datamodeller kan astronomer kanskje lage en virkelig nøyaktig tidslinje for hvordan universet vårt ble som det er i dag.
