Met behulp van Hyper Suprime-Cam (HSC) gemonteerd op de Subaru-telescoop, astronomen hebben bijna 200 "protoclusters geïdentificeerd, " de voorouders van clusters van sterrenstelsels, in het vroege heelal, ongeveer 12 miljard jaar geleden, ongeveer tien keer meer dan voorheen bekend was. Ze ontdekten ook dat quasars niet de neiging hebben om in protoclusters te verblijven; maar als er één quasar in een protocluster is, er is waarschijnlijk een tweede in de buurt. Dit resultaat roept twijfels op over de relatie tussen protoclusters en quasars.

In het universum, sterrenstelsels zijn niet uniform verdeeld. Er zijn enkele plaatsen, bekend als clusters, waar tientallen of honderden sterrenstelsels dicht bij elkaar te vinden zijn. Andere sterrenstelsels zijn geïsoleerd. Om te bepalen hoe en waarom clusters zijn gevormd, het is van cruciaal belang om niet alleen volwassen clusters van melkwegstelsels te onderzoeken zoals die in het huidige universum worden gezien, maar ook protoclusters te observeren, melkwegclusters in het proces van vorming.

Omdat de lichtsnelheid eindig is, het observeren van verre objecten stelt ons in staat terug te kijken in de tijd. Bijvoorbeeld, het licht van een object op 1 miljard lichtjaar afstand werd eigenlijk 1 miljard jaar geleden uitgezonden en heeft sindsdien de tijd door de ruimte gereisd om ons te bereiken. Door dit licht te observeren, astronomen kunnen een afbeelding zien van hoe het universum eruitzag toen dat licht werd uitgezonden.

Zelfs bij het observeren van het verre (vroege) heelal, protoclusters zijn zeldzaam en moeilijk te ontdekken. Slechts ongeveer 20 waren eerder bekend. Omdat verre protoclusters moeilijk direct waar te nemen zijn, quasars worden soms gebruikt als een proxy. Wanneer een grote hoeveelheid gas naar het superzware zwarte gat in het centrum van een melkwegstelsel valt, het botst met ander gas en wordt verhit tot extreme temperaturen. Dit hete gas schijnt fel en staat bekend als een quasar. De gedachte was dat wanneer veel sterrenstelsels dicht bij elkaar staan, een fusie, twee sterrenstelsels die botsen en samensmelten, zou instabiliteiten veroorzaken en gas doen vallen in het superzware zwarte gat in een van de sterrenstelsels, het maken van een quasar. Echter, deze relatie werd niet observationeel bevestigd vanwege de zeldzaamheid van zowel quasars als protoclusters.

Om protoclusters in het verre heelal te begrijpen, was een groter waarnemingsmonster nodig. Een team met astronomen van de National Astronomical Observatory of Japan, de Universiteit van Tokio, de Graduate University for Advanced Studies, en andere instituten voeren nu een ongekend breedveld systematisch onderzoek uit van protoclusters met behulp van de zeer groothoekcamera van de Subaru Telescope, Hyper Suprime Cam (HSC). Door de gegevens uit dit onderzoek te analyseren, het team heeft al bijna 200 regio's geïdentificeerd waar sterrenstelsels zich 12 miljard jaar geleden verzamelen om protoclusters te vormen in het vroege heelal.

Het team ging ook in op de relatie tussen protoclusters en quasars. Het team bemonsterde 151 lichtgevende quasars in hetzelfde tijdperk als de HSC-protoclusters en ontdekte tot hun verbazing dat de meeste van die quasars zich niet in de buurt van de overdichte gebieden van sterrenstelsels bevinden. In feite, hun meest lichtgevende quasars vermijden zelfs de dichtste gebieden van sterrenstelsels. Deze resultaten suggereren dat quasars geen goede proxy zijn voor protoclusters en, nog belangrijker, andere mechanismen dan galactische fusies kunnen nodig zijn om quasar-activiteit te verklaren. Verder, omdat ze niet veel sterrenstelsels hebben gevonden in de buurt van de helderste quasars, dat zou kunnen betekenen dat harde straling van een quasar de vorming van sterrenstelsels in zijn omgeving onderdrukt.

Anderzijds, het team vond twee "paren" quasars die in protoclusters woonden. Quasars zijn zeldzaam en paren zijn nog zeldzamer. Het feit dat beide paren geassocieerd waren met protoclusters suggereert dat quasar-activiteit misschien synchroon is in protocluster-omgevingen. "We zijn erin geslaagd om voor het eerst een aantal protoclusters in het verre heelal te ontdekken en zijn getuige geweest van de diversiteit van de quasar-omgevingen dankzij onze brede en diepe waarnemingen met HSC, ", zegt teamleider Nobunari Kashikawa (NAOJ).

"HSC-waarnemingen hebben ons in staat gesteld om voor het eerst systematisch protoclusters te bestuderen." zegt Jun Toshikawa, hoofdauteur van het artikel over de ontdekking van de HSC-protoclusters, "De HSC-protoclusters zullen gestaag toenemen naarmate het onderzoek vordert. Duizenden protoclusters op 12 miljard lichtjaar afstand zullen worden gevonden tegen de tijd dat de waarnemingen eindigen. Met die nieuwe waarnemingen zullen we de groeigeschiedenis van protoclusters ophelderen."