Το να κοιτάς βαθιά στο παρατηρήσιμο Σύμπαν - και ως εκ τούτου, πίσω στις πρώτες χρονικές περιόδους - είναι ένα εξαιρετικά συναρπαστικό πράγμα. 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 μπορούν μόνο να δουν πώς σχηματίστηκαν οι μεγάλης κλίμακας δομές (όπως γαλαξίες και γαλαξιακές συστάδες), αλλά και ο ρόλος που διαδραματίζει η σκοτεινή ύλη.
Πιο πρόσφατα, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων χρησιμοποίησε το Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA) για να παρατηρήσει το Σύμπαν όταν ήταν μόλις 1,4 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό που παρατήρησαν ήταν ένα «πρωτόκολλο», μια σειρά από 14 γαλαξίες που βρίσκονται 12,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά που πρόκειται να συγχωνευτούν. Αυτό θα είχε ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό ενός τεράστιου γαλαξιακού σμήνους, ένα από τα μεγαλύτερα αντικείμενα στο γνωστό Σύμπαν.
Η μελέτη που περιέγραψε τα ευρήματά τους, με τίτλο "Ένας τεράστιος πυρήνας για ένα σύμπλεγμα γαλαξιών σε μια κόκκινη μετατόπιση του 4,3", εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικό Φύση. Η μελέτη διευθύνθηκε από τον Tim Miller - έναν αστρονόμο από το Πανεπιστήμιο Dalhousie, το Χάλιφαξ και το Πανεπιστήμιο Yale - και περιελάμβανε μέλη από το Jet Propulsion Laboratory της NASA, το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO), το Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας του Καναδά, το Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, το Εθνικό Παρατηρητήριο Ραδιοαστρονομίας και πολλά πανεπιστήμια και ερευνητικά ιδρύματα.
Όπως δείχνουν στη μελέτη τους, αυτό το πρωτόκολλο (που ονομάζεται SPT2349-56) παρατηρήθηκε για πρώτη φορά από το τηλεσκόπιο Νότιου Πόλου του Εθνικού Επιστημονικού Ιδρύματος. Χρησιμοποιώντας το Atacama Pathfinder Experiment (APEX), η ομάδα πραγματοποίησε παρατηρήσεις παρακολούθησης που επιβεβαίωσαν ότι ήταν μια εξαιρετικά μακρινή γαλαξιακή πηγή, η οποία στη συνέχεια παρατηρήθηκε με το ALMA. Χρησιμοποιώντας την ανώτερη ανάλυση και ευαισθησία της ALMA, μπόρεσαν να διακρίνουν τους επιμέρους γαλαξίες.
Αυτό που βρήκαν ήταν ότι αυτοί οι γαλαξίες σχηματίζουν αστέρια με ρυθμό 1.000 φορές γρηγορότερα από τον γαλαξία μας, και ήταν γεμάτοι μέσα σε μια περιοχή του διαστήματος που ήταν περίπου τρεις φορές το μέγεθος του Γαλαξία μας. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα ALMA, η ομάδα κατάφερε επίσης να δημιουργήσει εξελιγμένες προσομοιώσεις υπολογιστών που έδειξαν πώς αυτή η τρέχουσα συλλογή γαλαξιών πιθανότατα θα αναπτυχθεί και θα εξελιχθεί πάνω από δισεκατομμύρια χρόνια.
Αυτές οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι όταν αυτοί οι γαλαξίες συγχωνευτούν, το προκύπτον γαλαξιακό σύμπλεγμα θα συναγωνιστεί μερικά από τα πιο μαζικά σμήνη που βλέπουμε στο Space Magazine. Όπως εξήγησε ο Scott Chapman, και αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Dalhousie και συν-συγγραφέας της μελέτης:
«Έχοντας πιάσει ένα τεράστιο σύμπλεγμα γαλαξιών σε μια πορεία σχηματισμού είναι εντυπωσιακό από μόνο του. Όμως, το γεγονός ότι αυτό συμβαίνει τόσο νωρίς στην ιστορία του σύμπαντος αποτελεί μια τεράστια πρόκληση για τη σημερινή μας κατανόηση του τρόπου με τον οποίο σχηματίζονται οι δομές στο σύμπαν. "
Η τρέχουσα επιστημονική συναίνεση μεταξύ των αστροφυσικών δηλώνει ότι λίγα εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η φυσιολογική ύλη και η σκοτεινή ύλη άρχισαν να σχηματίζουν μεγαλύτερες συγκεντρώσεις, προκαλώντας τελικά σμήνους 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 πρωτόκολλα - όπως αυτά που παρατηρούνται από την ALMA - θα έπρεπε να χρειάζονται πολύ περισσότερο χρόνο για να εξελιχθούν. Η εύρεση ενός που χρονολογείται μόλις σε 1,4 δισεκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang ήταν επομένως η έκπληξη. Όπως ο Tim Miller, ο οποίος είναι επί του παρόντος υποψήφιος διδακτορικός στο Πανεπιστήμιο Yale, ανέφερε:
«Το πώς αυτή η συγκέντρωση γαλαξιών έγινε τόσο μεγάλη, είναι λίγο μυστήριο, δεν δημιουργήθηκε σταδιακά για δισεκατομμύρια χρόνια, όπως θα περίμεναν οι αστρονόμοι. Αυτή η ανακάλυψη παρέχει μια απίστευτη ευκαιρία να μελετήσουμε πώς συγκεντρώθηκαν οι συστάδες των γαλαξιών και οι τεράστιοι γαλαξίες τους σε αυτά τα ακραία περιβάλλοντα. "
Κοιτώντας το μέλλον, ο Chapman και οι συνάδελφοί του ελπίζουν να πραγματοποιήσουν περαιτέρω μελέτες για το SPT2349-56 για να δουν πώς τελικά αυτά τα πρωτοκαλλιεργητές έγιναν γαλαξιακή συστάδα. «Η ALMA μας έδωσε, για πρώτη φορά, ένα ξεκάθαρο σημείο εκκίνησης για να προβλέψουμε την εξέλιξη ενός γαλαξιακού σμήνους», είπε. «Με την πάροδο του χρόνου, οι 14 γαλαξίες που παρατηρήσαμε θα σταματήσουν να σχηματίζουν αστέρια και θα συγκρούονται και θα συνενώνονται σε έναν μοναδικό γιγαντιαίο γαλαξία.»
Η μελέτη αυτού και άλλων πρωτοκαυστήρων θα καταστεί δυνατή χάρη σε όργανα όπως το ALMA, αλλά και τα παρατηρητήρια επόμενης γενιάς όπως το Square Kilometer Array (SKA). Εξοπλισμένοι με πιο ευαίσθητες συστοιχίες και πιο εξελιγμένα 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.
