At se dybt ind i det observerbare univers - og dermed tilbage til de tidligste perioder - er en uhyre fascinerende ting. Dermed er astronomer i stand til at se de tidligste galakser i universet og lære mere om, hvordan de udviklede sig over tid. Fra dette er de ikke kun i stand til at se, hvordan strukturer i stor skala (som galakser og galakse klynger) dannede sig, men også den rolle, som mørkt stof har spillet.
Senest brugte et internationalt team af forskere Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA) til at observere universet, da det bare var 1,4 milliarder år gammelt. Hvad de observerede var en "protoklus", en serie på 14 galakser beliggende 12,4 milliarder lysår væk, som var ved at fusionere. Dette ville resultere i dannelsen af en massiv galakse-klynge, en af de største objekter i det kendte univers.
Undersøgelsen, der beskrev deres fund, med titlen "En massiv kerne for en klynge af galakser ved en rødskift på 4,3", dukkede for nylig op i tidsskriftet Natur. Undersøgelsen blev ledet af Tim Miller - en astronom fra Dalhousie University, Halifax og Yale University - og omfattede medlemmer fra NASAs Jet Propulsion Laboratory, European Southern Observatory (ESO), Canadas National Research Council, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, National Radio Astronomy Observatory og flere universiteter og forskningsinstitutioner.
Som de antyder i deres undersøgelse, blev denne protokol (betegnet SPT2349-56) først observeret af National Science Foundation's South Pole Telescope. Ved hjælp af Atacama Pathfinder Experiment (APEX) gennemførte teamet opfølgende observationer, der bekræftede, at det var en ekstremt fjern galaktisk kilde, som derefter blev observeret med ALMA. Ved hjælp af ALMA's overlegne opløsning og følsomhed var de i stand til at skelne de enkelte galakser.
Hvad de fandt, var, at disse galakser dannede stjerner med en hastighed, som var 1000 gange hurtigere end vores galakse, og var proppet inde i et område i rummet, der var omkring tre gange størrelsen på Mælkevejen. Ved hjælp af ALMA-dataene var teamet også i stand til at oprette sofistikerede computersimuleringer, der demonstrerede, hvordan denne nuværende samling af galakser sandsynligvis vil vokse og udvikle sig over milliarder af år.
Disse simuleringer indikerede, at når disse galakser er fusioneret, vil den resulterende galakse-klynge konkurrere med nogle af de mest massive klynger, vi ser i Space Magazine. Som Scott Chapman og astrofysiker ved Dalhousie University og en medforfatter til undersøgelsen, forklarede:
”At have fanget en massiv galakse-klynge i dannelse er spektakulær i sig selv. Men det faktum, at dette sker så tidligt i universets historie, udgør en formidabel udfordring for vores nutidige forståelse af strukturenes form i universet. ”
Den nuværende videnskabelige konsensus blandt astrofysikere siger, at et par millioner år efter Big Bang begyndte normal stof og mørk stof at danne større koncentrationer, hvilket til sidst gav anledning til galakse-klynger. Disse genstande er de største strukturer i universet, der indeholder billioner af stjerner, tusinder af galakser, enorme mængder mørkt stof og massive sorte huller.
Nuværende teorier og computermodeller har dog antydet, at protokoller - som den, der blev observeret af ALMA - skulle have taget meget længere tid at udvikle sig. At finde et, der stammer fra kun 1,4 milliarder år efter Big Bang, var derfor ganske overraskelsen. Som Tim Miller, der i øjeblikket er en doktorgradskandidat ved Yale University, angav:
”Hvordan denne samling af galakser blev så stor så hurtig er lidt af et mysterium, den blev ikke opbygget gradvist i milliarder af år, som astronomer kunne forvente. Denne opdagelse giver en utrolig mulighed for at studere, hvordan galakse klynger og deres massive galakser mødtes i disse ekstreme miljøer. ”
Ser vi på fremtiden, håber Chapman og hans kolleger at gennemføre yderligere undersøgelser af SPT2349-56 for at se, hvordan disse protokoller til sidst blev en galakse-klynge. ”ALMA gav os for første gang et klart udgangspunkt for at forudsige udviklingen af en galakse-klynge,” sagde han. ”Med tiden vil de 14 galakser, vi observerede, stoppe med at danne stjerner og vil kollidere og sammenkædes i en enkelt gigantisk galakse.”
Undersøgelsen af denne og andre protokoller vil blive muliggjort takket være instrumenter som ALMA, men også næste generations observatorier som Square Kilometer Array (SKA). Udstyret med mere følsomme arrays og mere avancerede computermodeller kan astronomer muligvis skabe en virkelig nøjagtig tidslinje for, hvordan vores univers blev det, det er i dag.
