Το να κοιτάς βαθιά μέσα στο παρατηρήσιμο Σύμπαν – και ως εκ τούτου, πίσω στις αρχαιότερες χρονικές περιόδους – είναι κάτι εξαιρετικά συναρπαστικό. Με αυτόν τον τρόπο, οι αστρονόμοι μπορούν να δουν τους πρώτους γαλαξίες στο Σύμπαν και να μάθουν περισσότερα για το πώς εξελίχθηκαν με την πάροδο του χρόνου. Από αυτό, δεν είναι μόνο σε θέση να δουν πώς σχηματίστηκαν δομές μεγάλης κλίμακας (όπως οι γαλαξίες και τα σμήνη γαλαξιών), αλλά και τον ρόλο που παίζει η σκοτεινή ύλη.
Πιο πρόσφατα, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων χρησιμοποίησε το Atacama Μεγάλη Συστοιχία χιλιοστών-υποχιλιοστών (ALMA) για να παρατηρήσει το Σύμπαν όταν ήταν μόλις 1,4 δισεκατομμυρίων ετών. Αυτό που παρατήρησαν ήταν ένα «πρωτόστρωμα», μια σειρά από 14 γαλαξίες που βρίσκονται 12,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά που επρόκειτο να συγχωνευθούν. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός τεράστιου σμήνους γαλαξιών, ενός από τα μεγαλύτερα αντικείμενα στο γνωστό Σύμπαν.
Η μελέτη που περιέγραψε τα ευρήματά τους, με τίτλο « Ένας τεράστιος πυρήνας για ένα σμήνος γαλαξιών με μετατόπιση προς το κόκκινο 4,3 », εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικόΦύση.Επικεφαλής της μελέτης ήταν ο Tim Miller – ένας αστρονόμος από το Πανεπιστήμιο Dalhousie, το Halifax και το Yale – και περιλάμβανε μέλη από το Jet Propulsion Laboratory της NASA, το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO), του Καναδά Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας , ο Κέντρο Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian , ο Εθνικό Αστεροσκοπείο Ραδιοαστρονομίας και πολλά πανεπιστήμια και ερευνητικά ιδρύματα.
Εικόνα ALMA 14 γαλαξιών που σχηματίζουν ένα πρωτοσμήνος γνωστό ως SPT2349-56. Αυτοί οι γαλαξίες βρίσκονται σε διαδικασία συγχώνευσης και τελικά θα σχηματίσουν τον πυρήνα ενός πραγματικά τεράστιου σμήνος γαλαξιών. Πίστωση: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
Όπως υποδεικνύουν στη μελέτη τους, αυτό το πρωτόκολλο (που ονομάζεται SPT2349-56) παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από τους Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών 'μικρό Τηλεσκόπιο Νότιου Πόλου . Χρησιμοποιώντας το Πείραμα Atacama Pathfinder (APEX), η ομάδα διεξήγαγε επακόλουθες παρατηρήσεις που επιβεβαίωσαν ότι ήταν μια εξαιρετικά μακρινή γαλαξιακή πηγή, η οποία στη συνέχεια παρατηρήθηκε με το ALMA. Χρησιμοποιώντας την ανώτερη ανάλυση και ευαισθησία του ALMA, μπόρεσαν να διακρίνουν τους μεμονωμένους γαλαξίες.
Αυτό που ανακάλυψαν ήταν ότι αυτοί οι γαλαξίες σχημάτιζαν αστέρια με ρυθμό 1.000 φορές ταχύτερο από τον γαλαξία μας και ήταν στοιβαγμένοι μέσα σε μια περιοχή του διαστήματος που ήταν περίπου τρεις φορές το μέγεθος του Γαλαξία μας. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα ALMA, η ομάδα μπόρεσε επίσης να δημιουργήσει εξελιγμένες προσομοιώσεις υπολογιστή που έδειξαν πώς αυτή η τρέχουσα συλλογή γαλαξιών πιθανότατα θα αναπτυχθεί και θα εξελιχθεί σε δισεκατομμύρια χρόνια.
Αυτές οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι μόλις συγχωνευθούν αυτοί οι γαλαξίες, το προκύπτον σμήνος γαλαξιών θα ανταγωνιστεί μερικά από τα πιο ογκώδη σμήνη που βλέπουμε σήμερα στο Σύμπαν. Όπως εξήγησε ο Scott Chapman, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Dalhousie και συν-συγγραφέας της μελέτης:
«Το να πιάσουμε ένα τεράστιο σμήνος γαλαξιών στη δίνη του σχηματισμού είναι θεαματικό από μόνο του. Όμως, το γεγονός ότι αυτό συμβαίνει τόσο νωρίς στην ιστορία του σύμπαντος θέτει μια τρομερή πρόκληση για τη σημερινή μας κατανόηση του τρόπου με τον οποίο σχηματίζονται οι δομές στο σύμπαν».
Μεγέθυνση στους γαλαξίες που ανακάλυψε η ALMA που εξελίσσονται σε σμήνος γαλαξιών. Πιστώσεις: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Miller & S. Chapman et al.; Herschel; Τηλεσκόπιο Νότιου Πόλου; (NRAO/AUI/NSF) B. Saxton
Η τρέχουσα επιστημονική συναίνεση μεταξύ των αστροφυσικών δηλώνει ότι λίγα εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η κανονική ύλη και η σκοτεινή ύλη άρχισαν να σχηματίζουν μεγαλύτερες συγκεντρώσεις, δημιουργώντας τελικά σμήνη γαλαξιών. Αυτά τα αντικείμενα είναι οι μεγαλύτερες δομές στο Σύμπαν, που περιέχουν τρισεκατομμύρια αστέρια, χιλιάδες γαλαξίες, τεράστιες ποσότητες σκοτεινής ύλης και τεράστιες μαύρες τρύπες.
Ωστόσο, οι τρέχουσες θεωρίες και τα μοντέλα υπολογιστών έχουν προτείνει ότι τα πρωτοσυστήματα –όπως αυτό που παρατηρήθηκε από την ALMA– θα έπρεπε να είχαν πάρει πολύ περισσότερο χρόνο για να εξελιχθούν. Η εύρεση ενός που χρονολογείται μόλις 1,4 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη ήταν επομένως μεγάλη έκπληξη. Όπως ανέφερε ο Tim Miller, ο οποίος είναι επί του παρόντος υποψήφιος διδάκτορας στο Πανεπιστήμιο Yale:
«Το πώς αυτό το συγκρότημα γαλαξιών έγινε τόσο μεγάλο τόσο γρήγορα είναι λίγο μυστήριο, δεν δημιουργήθηκε σταδιακά σε δισεκατομμύρια χρόνια, όπως θα περίμεναν οι αστρονόμοι. Αυτή η ανακάλυψη παρέχει μια απίστευτη ευκαιρία να μελετήσουμε πώς συγκεντρώθηκαν τα σμήνη γαλαξιών και οι τεράστιοι γαλαξίες τους σε αυτά τα ακραία περιβάλλοντα».
Κοιτάζοντας στο μέλλον, ο Chapman και οι συνάδελφοί του ελπίζουν να διεξαγάγουν περαιτέρω μελέτες για το SPT2349-56 για να δουν πώς αυτά τα πρωτοσμήνη έγιναν τελικά ένα σμήνος γαλαξιών. «Η ALMA μας έδωσε, για πρώτη φορά, ένα σαφές σημείο εκκίνησης για να προβλέψουμε την εξέλιξη ενός σμήνους γαλαξιών», είπε. «Με την πάροδο του χρόνου, οι 14 γαλαξίες που παρατηρήσαμε θα σταματήσουν να σχηματίζουν αστέρια και θα συγκρουστούν και θα συνενωθούν σε έναν ενιαίο γιγάντιο γαλαξία».
Η μελέτη αυτού και άλλων πρωτοσυστάδων θα καταστεί δυνατή χάρη σε όργανα όπως το ALMA, αλλά και παρατηρητήρια επόμενης γενιάς όπως το Συστοιχία τετραγωνικών χιλιομέτρων (ΣΚΑ). Εξοπλισμένοι με πιο ευαίσθητες συστοιχίες και πιο προηγμένα μοντέλα υπολογιστών, οι αστρονόμοι μπορεί να είναι σε θέση να δημιουργήσουν ένα πραγματικά ακριβές χρονοδιάγραμμα για το πώς το Σύμπαν μας έγινε αυτό που είναι σήμερα.