Ein tiefer Blick in das beobachtbare Universum - und damit zurück in die frühesten Zeiträume - ist eine immens faszinierende Sache. Auf diese Weise können Astronomen die frühesten Galaxien im Universum sehen und mehr darüber erfahren, wie sie sich im Laufe der Zeit entwickelt haben. Daraus können sie nicht nur erkennen, wie sich großräumige Strukturen (wie Galaxien und Galaxienhaufen) gebildet haben, sondern auch die Rolle der Dunklen Materie.
Zuletzt verwendete ein internationales Wissenschaftlerteam das Atacama Large Millimeter-Submillimeter Array (ALMA), um das Universum zu beobachten, als es erst 1,4 Milliarden Jahre alt war. Was sie beobachteten, war ein „Protokluster“, eine Reihe von 14 Galaxien in 12,4 Milliarden Lichtjahren Entfernung, die kurz vor der Verschmelzung standen. Dies würde zur Bildung eines massiven Galaxienhaufens führen, eines der größten Objekte im bekannten Universum.
Die Studie mit dem Titel „Ein massiver Kern für einen Galaxienhaufen mit einer Rotverschiebung von 4,3“, in der ihre Ergebnisse beschrieben wurden, erschien kürzlich im Journal Natur. Die Studie wurde von Tim Miller - einem Astronomen der Dalhousie University, Halifax und der Yale University - geleitet und umfasste Mitglieder des Jet Propulsion Laboratory der NASA, des European Southern Observatory (ESO), des kanadischen National Research Council und des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. das National Radio Astronomy Observatory und mehrere Universitäten und Forschungseinrichtungen.
Wie sie in ihrer Studie angeben, wurde dieser Protokluster (mit SPT2349-56 bezeichnet) erstmals vom Südpol-Teleskop der National Science Foundation beobachtet. Unter Verwendung des Atacama Pathfinder-Experiments (APEX) führte das Team Follow-up-Beobachtungen durch, die bestätigten, dass es sich um eine extrem entfernte galaktische Quelle handelte, die dann mit ALMA beobachtet wurde. Mit der überlegenen Auflösung und Empfindlichkeit von ALMA konnten sie die einzelnen Galaxien unterscheiden.
Sie fanden heraus, dass diese Galaxien 1000-mal schneller Sterne bildeten als unsere Galaxie und sich in einer Region des Weltraums drängten, die etwa dreimal so groß war wie die Milchstraße. Mithilfe der ALMA-Daten konnte das Team auch ausgefeilte Computersimulationen erstellen, die zeigten, wie diese aktuelle Galaxiensammlung wahrscheinlich über Milliarden von Jahren wachsen und sich entwickeln wird.
Diese Simulationen zeigten, dass der resultierende Galaxienhaufen nach dem Zusammenführen dieser Galaxien mit einigen der massereichsten Haufen konkurrieren wird, die wir im Space Magazine sehen. Scott Chapman, Astrophysiker an der Dalhousie University und Mitautor der Studie, erklärte:
„Es ist an und für sich spektakulär, einen massiven Galaxienhaufen in Formationsschwankungen gefangen zu haben. Die Tatsache, dass dies so früh in der Geschichte des Universums geschieht, stellt unser heutiges Verständnis der Art und Weise, wie sich Strukturen im Universum bilden, vor eine gewaltige Herausforderung. “
Der gegenwärtige wissenschaftliche Konsens unter Astrophysikern besagt, dass einige Millionen Jahre nach dem Urknall normale Materie und dunkle Materie anfingen, größere Konzentrationen zu bilden, was schließlich zu Galaxienhaufen führte. Diese Objekte sind die größten Strukturen im Universum und enthalten Billionen von Sternen, Tausende von Galaxien, immense Mengen dunkler Materie und massive Schwarze Löcher.
Aktuelle Theorien und Computermodelle haben jedoch vorgeschlagen, dass Protocluster - wie die von ALMA beobachteten - viel länger brauchen sollten, um sich zu entwickeln. Es war daher eine ziemliche Überraschung, eine zu finden, die nur 1,4 Milliarden Jahre nach dem Urknall datiert. Als Tim Miller, der derzeit Doktorand an der Yale University ist, erklärte:
"Wie diese Ansammlung von Galaxien so schnell so groß wurde, ist ein Rätsel, sie wurde nicht über Milliarden von Jahren allmählich aufgebaut, wie Astronomen vielleicht erwarten. Diese Entdeckung bietet eine unglaubliche Gelegenheit zu untersuchen, wie Galaxienhaufen und ihre massiven Galaxien in diesen extremen Umgebungen zusammenkommen. “
Mit Blick auf die Zukunft hoffen Chapman und seine Kollegen, weitere Studien zu SPT2349-56 durchzuführen, um zu sehen, wie diese Protokluster schließlich zu einem Galaxienhaufen wurden. "ALMA gab uns zum ersten Mal einen klaren Ausgangspunkt, um die Entwicklung eines Galaxienhaufens vorherzusagen", sagte er. "Im Laufe der Zeit werden die 14 beobachteten Galaxien keine Sterne mehr bilden und kollidieren und zu einer einzigen gigantischen Galaxie verschmelzen."
Die Untersuchung dieses und anderer Protokluster wird dank Instrumenten wie ALMA, aber auch Observatorien der nächsten Generation wie dem Square Kilometer Array (SKA) ermöglicht. Ausgestattet mit empfindlicheren Arrays und fortschrittlicheren Computermodellen können Astronomen möglicherweise eine wirklich genaue Zeitleiste erstellen, wie unser Universum zu dem wurde, was es heute ist.
