Spoglądanie w głąb obserwowalnego Wszechświata - a co za tym idzie - do najwcześniejszych okresów - jest niezwykle fascynującą rzeczą. W ten sposób astronomowie są w stanie zobaczyć najwcześniejsze galaktyki we Wszechświecie i dowiedzieć się więcej o tym, jak ewoluowały w czasie. Dzięki temu są oni w stanie nie tylko zobaczyć, jak powstały struktury na dużą skalę (takie jak galaktyki i gromady galaktyk), ale także rolę, jaką odgrywa ciemna materia.
Niedawno międzynarodowy zespół naukowców wykorzystał duży milimetr submilimetrowy Array Atacama (ALMA) do obserwacji Wszechświata, który miał zaledwie 1,4 miliarda lat. To, co zaobserwowali, to „Protokół”, seria 14 galaktyk oddalonych o 12,4 miliarda lat świetlnych, które miały się połączyć. Spowodowałoby to powstanie masywnej gromady galaktyk, jednego z największych obiektów w znanym Wszechświecie.
Badanie, w którym opisano ich odkrycia, zatytułowane „Masywne jądro gromady galaktyk przy przesunięciu ku czerwieni o 4,3”, niedawno pojawiło się w czasopiśmie Natura. Badanie było prowadzone przez Tima Millera - astronoma z Dalhousie University, Halifax i Yale University - i obejmowało członków z NASA's Jet Propulsion Laboratory, European Southern Observatory (ESO), Kanadyjskiej National Research Council, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, National Radio Astronomy Observatory oraz wiele uniwersytetów i instytucji badawczych.
Jak wskazują w swoich badaniach, ten protokół (oznaczony SPT2349-56) został po raz pierwszy zaobserwowany przez Teleskop Bieguna Południowego National Science Foundation. Korzystając z eksperymentu Atacama Pathfinder (APEX), zespół przeprowadził obserwacje uzupełniające, które potwierdziły, że było to bardzo odległe źródło galaktyki, które następnie zaobserwowano za pomocą ALMA. Korzystając z doskonałej rozdzielczości i czułości ALMA, byli w stanie rozróżnić poszczególne galaktyki.
Odkryli, że galaktyki te formują gwiazdy z prędkością 1000 razy większą niż nasza galaktyka i zostały wciśnięte w obszar kosmiczny, który jest około trzy razy większy od Drogi Mlecznej. Korzystając z danych ALMA, zespół był także w stanie stworzyć wyrafinowane symulacje komputerowe, które pokazały, w jaki sposób obecny zbiór galaktyk będzie prawdopodobnie wzrastał i ewoluował przez miliardy lat.
Symulacje te wykazały, że po połączeniu tych galaktyk powstająca gromada galaktyk będzie konkurować z jednymi z najbardziej masywnych gromad, jakie widzimy w Space Magazine. Jak wyjaśnił Scott Chapman, astrofizyk z Dalhousie University i współautor badania:
„Złapanie ogromnej gromady galaktyk w przypływie formacji jest samo w sobie spektakularne. Ale fakt, że dzieje się to tak wcześnie w historii wszechświata, stanowi ogromne wyzwanie dla naszego dzisiejszego zrozumienia sposobu formowania się struktur we wszechświecie ”.
Obecny konsensus naukowy wśród astrofizyków stwierdza, że kilka milionów lat po Wielkim Wybuchu normalna materia i ciemna materia zaczęły tworzyć większe koncentracje, ostatecznie tworząc gromady galaktyk. Obiekty te są największymi strukturami we Wszechświecie, zawierającymi tryliony gwiazd, tysiące galaktyk, ogromne ilości ciemnej materii i masywne czarne dziury.
Jednak obecne teorie i modele komputerowe sugerują, że ewolucja protokołów - jak ta obserwowana przez ALMA - powinna zająć znacznie dłużej. Znalezienie takiego, który datuje się zaledwie 1,4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu, było zatem dość niespodzianką. Jak powiedział Tim Miller, który jest obecnie doktorantem na Uniwersytecie Yale:
„To, w jaki sposób tak duże zgromadzenie galaktyk stało się tak duże, jest tajemnicą, że nie budowano go stopniowo przez miliardy lat, jak mogą się spodziewać astronomowie. To odkrycie stanowi niesamowitą okazję do zbadania, w jaki sposób gromady galaktyk i ich masywne galaktyki spotykają się w tych ekstremalnych środowiskach. ”
Patrząc w przyszłość, Chapman i jego koledzy mają nadzieję przeprowadzić dalsze badania SPT2349-56, aby zobaczyć, w jaki sposób te protokoły stały się gromadą galaktyk. „ALMA po raz pierwszy dał nam jasny punkt wyjścia do przewidywania ewolucji gromady galaktyk” - powiedział. „Z biegiem czasu 14 galaktyk, które zaobserwowaliśmy, przestanie tworzyć gwiazdy i zderzy się i zleje w jedną gigantyczną galaktykę”.
Badanie tego i innych protokołów będzie możliwe dzięki instrumentom takim jak ALMA, ale także obserwatoriom nowej generacji, takim jak Square Kilometer Array (SKA). Wyposażeni w bardziej czułe tablice i bardziej zaawansowane modele komputerowe, astronomowie mogą być w stanie stworzyć naprawdę dokładną oś czasu, w której nasz Wszechświat stał się tym, czym jest dzisiaj.
