Зазирнути вглиб спостережуваного Всесвіту - а значить, повернутися до найдавніших періодів часу - надзвичайно захоплююча річ. Роблячи це, астрономи мають змогу побачити найдавніші галактики у Всесвіті та дізнатися більше про те, як вони розвивалися з часом. З цього вони не лише бачать, як утворюються масштабні структури (як галактики та скупчення галактик), але й роль, яку відіграє темна матерія.
Зовсім недавно міжнародна команда вчених використовувала великий міліметрово-субміліметровий масив Atacama (ALMA) для спостереження за Всесвітом, коли йому було всього 1,4 мільярда років. Вони спостерігали «протокластер», серію з 14 галактик, розташованих на відстані 12,4 мільярда світлових років, які вже збиралися злитися. Це призвело б до утворення масивного скупчення галактик, одного з найбільших об'єктів у відомій Всесвіті.
Дослідження, в якому описано їх результати, під назвою "Масивне ядро для скупчення галактик при червоному зміні 4,3", нещодавно з'явилося в журналі Природа. Дослідженням керував Тім Міллер - астроном з Університету Далхоузі, Галіфакс та Єльський університет - і включав членів Лабораторії реактивного руху NASA, Європейської південної обсерваторії (ESO), Національної ради Канади, Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики, Національна обсерваторія радіоастрономії та кілька університетів та науково-дослідних установ.
Як вони вказують у своєму дослідженні, цей протокластер (позначений SPT2349-56) вперше спостерігався телескопом Південного полюсу Національного наукового фонду. Використовуючи експеримент Atacama Pathfinder (APEX), команда провела подальші спостереження, які підтвердили, що це надзвичайно віддалене галактичне джерело, яке потім спостерігалося з ALMA. За допомогою чудової роздільної здатності та чутливості ALMA вони змогли розрізнити окремі галактики.
Вони виявили, що ці галактики утворюють зірки зі швидкістю в 1000 разів швидше, ніж наша галактика, і були забиті всередині області космосу, що приблизно втричі перевищує Чумацький Шлях. Використовуючи дані ALMA, команда також змогла створити складні комп'ютерні моделювання, які продемонстрували, як ця поточна колекція галактик, ймовірно, зростатиме та розвиватиметься протягом мільярда років.
Ці симуляції показали, що після злиття цих галактик кластер галактик буде конкурувати з найбільш масовими кластерами, які ми бачимо в космічному журналі. Як пояснив Скотт Чапман, астрофізик з університету Далхоузі та співавтор дослідження, пояснив:
«Попадання масивного скупчення галактик у пориви формації є вражаючим саме по собі. Але той факт, що це відбувається так рано в історії Всесвіту, становить надзвичайний виклик для нашого сучасного розуміння того, як формуються структури у Всесвіті ».
Сучасний науковий консенсус серед астрофізиків стверджує, що через кілька мільйонів років після Великого вибуху нормальна речовина і темна речовина почали утворювати більші концентрації, врешті-решт спричиняючи скупчення галактик. Ці об'єкти - найбільші споруди у Всесвіті, що містять трильйони зірок, тисячі галактик, величезну кількість темної матерії та масивні чорні діри.
Однак сучасні теорії та комп'ютерні моделі дозволяють припустити, що протокластери - як той, який спостерігається в ALMA - мали би потребувати набагато більше часу, щоб розвиватися. Таким чином, несподіванкою стало виявлення такого, що сягає всього 1,4 мільярда років після Великого вибуху. Як зазначив Тім Міллер, який зараз є докторантом Єльського університету:
"Наскільки ця збірка галактик настільки зросла настільки швидко, є загадкою, що вона не будувалася поступово протягом мільярдів років, як могли б очікувати астрономи. Це відкриття дає неймовірну можливість вивчити, як скупчення галактик та їх масивні галактики зібралися в цих екстремальних умовах ».
Поглядаючи на майбутнє, Чапман та його колеги сподіваються провести подальші дослідження SPT2349-56, щоб побачити, як ці протокластери зрештою стали кластерними галактиками. "ALMA вперше дала нам чітку точку для прогнозування еволюції галактичного скупчення", - сказав він. "З часом 14 спостережуваних нами галактик перестануть утворювати зірки і зіткнуться і злитися в єдину гігантську галактику".
Вивчення цього та інших протокластерів стане можливим завдяки таким інструментам, як ALMA, а також обсерваторіям наступного покоління, як квадратний кілометровий масив (SKA). Оснащені більш чутливими масивами та більш досконалими комп'ютерними моделями, астрономи, можливо, зможуть створити справді точну шкалу того, як наш Всесвіт став таким, яким він є сьогодні.
