Diep in het waarneembare heelal kijken - en dus terug naar de vroegste periodes - is een enorm fascinerend iets. Door dit te doen, kunnen astronomen de vroegste sterrenstelsels in het heelal zien en meer leren over hoe ze in de loop van de tijd zijn geëvolueerd. Hieruit kunnen ze niet alleen zien hoe grootschalige structuren (zoals sterrenstelsels en melkwegclusters) zijn ontstaan, maar ook de rol die donkere materie speelt.
Onlangs gebruikte een internationaal team van wetenschappers de Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA) om het heelal te observeren toen het nog maar 1,4 miljard jaar oud was. Wat ze waarnamen was een "protocluster", een reeks van 14 sterrenstelsels op 12,4 miljard lichtjaar afstand die op het punt stonden samen te smelten. Dit zou resulteren in de vorming van een enorme cluster van sterrenstelsels, een van de grootste objecten in het bekende heelal.
Het onderzoek waarin hun bevindingen werden beschreven, getiteld "Een enorme kern voor een cluster van sterrenstelsels bij een roodverschuiving van 4,3", verscheen onlangs in het tijdschrift. Natuur. De studie werd geleid door Tim Miller - een astronoom van de Dalhousie University, Halifax en Yale University - en omvatte leden van NASA's Jet Propulsion Laboratory, de European Southern Observatory (ESO), Canada's National Research Council, het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, de National Radio Astronomy Observatory en meerdere universiteiten en onderzoeksinstellingen.
Zoals ze in hun onderzoek aangeven, werd deze protocluster (aangeduid als SPT2349-56) voor het eerst waargenomen door de South Pole Telescope van de National Science Foundation. Met behulp van het Atacama Pathfinder Experiment (APEX) voerde het team follow-upwaarnemingen uit die bevestigden dat het een extreem verre galactische bron was, die vervolgens werd waargenomen met ALMA. Met behulp van de superieure resolutie en gevoeligheid van ALMA konden ze de individuele sterrenstelsels onderscheiden.
Wat ze ontdekten was dat deze sterrenstelsels duizend keer sneller sterren vormden dan ons sterrenstelsel, en waren gepropt in een gebied van de ruimte dat ongeveer drie keer zo groot was als de Melkweg. Met behulp van de ALMA-gegevens kon het team ook geavanceerde computersimulaties maken die aantoonden hoe deze huidige verzameling sterrenstelsels waarschijnlijk over een miljard jaar zal groeien en evolueren.
Deze simulaties gaven aan dat zodra deze sterrenstelsels samensmelten, de resulterende cluster van sterrenstelsels zal wedijveren met enkele van de meest massieve clusters die we in het Space Magazine zien. Zoals Scott Chapman, en astrofysicus aan de Dalhousie University en co-auteur van de studie, uitlegde:
“Het is op zichzelf al spectaculair om een enorme cluster van sterrenstelsels te hebben gevangen in de vorm van een formatie. Maar het feit dat dit zo vroeg in de geschiedenis van het universum gebeurt, vormt een enorme uitdaging voor ons huidige begrip van de manier waarop structuren in het universum ontstaan. '
De huidige wetenschappelijke consensus onder astrofysici stelt dat een paar miljoen jaar na de oerknal normale materie en donkere materie grotere concentraties begonnen te vormen, wat uiteindelijk leidde tot clusters van sterrenstelsels. Deze objecten zijn de grootste structuren in het heelal en bevatten biljoenen sterren, duizenden sterrenstelsels, enorme hoeveelheden donkere materie en enorme zwarte gaten.
De huidige theorieën en computermodellen hebben echter gesuggereerd dat protoclusters - zoals die van ALMA - veel langer hadden moeten duren om te evolueren. Het was dus nogal een verrassing om er een te vinden die dateert van slechts 1,4 miljard jaar na de oerknal. Zoals Tim Miller, die momenteel een promovendus is aan de Yale University, aangaf:
"Hoe dit samenstel van sterrenstelsels zo snel zo groot werd, is een beetje een mysterie, het werd niet geleidelijk opgebouwd over miljarden jaren, zoals astronomen zouden verwachten. Deze ontdekking biedt een ongelooflijke kans om te bestuderen hoe clusters van sterrenstelsels en hun enorme sterrenstelsels samenkomen in deze extreme omgevingen. ”
Kijkend naar de toekomst, hopen Chapman en zijn collega's verder onderzoek te doen naar SPT2349-56 om te zien hoe deze protoclusters uiteindelijk een melkwegcluster werden. "ALMA gaf ons voor het eerst een duidelijk startpunt om de evolutie van een melkwegcluster te voorspellen", zei hij. "Na verloop van tijd zullen de 14 sterrenstelsels die we hebben waargenomen, geen sterren meer vormen en zullen ze botsen en samensmelten tot één gigantisch sterrenstelsel."
De studie van deze en andere protoclusters wordt mogelijk gemaakt dankzij instrumenten als ALMA, maar ook met observatoria van de volgende generatie, zoals de Square Kilometre Array (SKA). Uitgerust met gevoeliger arrays en geavanceerdere computermodellen, kunnen astronomen mogelijk een echt nauwkeurige tijdlijn creëren van hoe ons universum is geworden tot wat het nu is.
