Starend diep in de ruimte - een verbazingwekkende 90 procent van de weg door het waarneembare heelal - zijn astronomen getuige geweest van het begin van een gigantische kosmische opeenhoping, de op handen zijnde botsing van 14 jongen, sterrenstelsels die uitbarsten.

Deze oude megafusie is voorbestemd om te evolueren naar een van de meest massieve structuren in het bekende universum:een cluster van sterrenstelsels, zwaartekracht gebonden door donkere materie en zwemmen in een zee van hete, geïoniseerd gas.

Met behulp van de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationaal team van wetenschappers heeft een verrassend dichte concentratie van 14 sterrenstelsels ontdekt die op het punt staan ​​te fuseren, vormt de kern van wat uiteindelijk een kolossale melkwegcluster zal worden.

Deze strak gebonden galactische smashup, bekend als een protocluster, bevindt zich op ongeveer 12,4 miljard lichtjaar afstand, wat betekent dat het licht naar ons begon te reizen toen het universum slechts 1,4 miljard jaar oud was, of ongeveer een tiende van zijn huidige leeftijd. De afzonderlijke sterrenstelsels vormen sterren tot wel 1, 000 keer sneller dan ons eigen sterrenstelsel en zijn gepropt in een ruimtegebied dat slechts ongeveer drie keer zo groot is als de Melkweg. De resulterende cluster van sterrenstelsels zal uiteindelijk wedijveren met enkele van de meest massieve clusters die we vandaag in het universum zien.

De resultaten worden gepubliceerd in het tijdschrift Natuur .

"Het is op zich al spectaculair om een ​​enorme cluster van sterrenstelsels in formatie te hebben gevangen, " zei Scott Chapman, een astrofysicus aan de Dalhousie University in Halifax, Canada, die gespecialiseerd is in observationele kosmologie en de oorsprong van structuur in het heelal en de evolutie van sterrenstelsels bestudeert.

"Maar, het feit dat dit zo vroeg in de geschiedenis van het universum gebeurt, vormt een enorme uitdaging voor ons huidige begrip van de manier waarop structuren in het universum worden gevormd, " hij zei.

Tijdens de eerste paar miljoen jaar van de kosmische geschiedenis, normale materie en donkere materie begonnen te aggregeren tot steeds grotere concentraties, uiteindelijk aanleiding geven tot clusters van sterrenstelsels, de grootste objecten in het bekende universum. Met massa's vergelijkbaar met een miljoen miljard zonnen, clusters kunnen wel duizend sterrenstelsels bevatten, enorme hoeveelheden donkere materie, gigantische zwarte gaten, en röntgenstraling uitzendend gas dat temperaturen van meer dan een miljoen graden bereikt.

De huidige theorie en computermodellen suggereren dat protoclusters die zo massief zijn als die waargenomen door ALMA, echter, had veel langer nodig gehad om te evolueren.

"Hoe deze verzameling sterrenstelsels zo snel zo groot is geworden, is een beetje een mysterie, het is niet geleidelijk opgebouwd over miljarden jaren, zoals astronomen zouden verwachten, " zei Tim Miller, een promovendus aan de Yale University en co-auteur van het papier.

"Deze ontdekking biedt een ongelooflijke kans om te bestuderen hoe clusters van sterrenstelsels en hun enorme sterrenstelsels samenkwamen in deze extreme omgevingen."

Deze specifieke galactische protocluster, aangeduid als SPT2349-56, werd voor het eerst waargenomen als een vage vlek van millimetergolflengtelicht in 2010 met de South Pole Telescope van de National Science Foundation. Vervolgwaarnemingen met de Atacama Pathfinder Experiment (APEX)-telescoop hielpen te bevestigen dat het in feite een extreem verre galactische bron was en vervolgwaarnemingen met ALMA waard was. Dankzij de superieure resolutie en gevoeligheid van ALMA konden astronomen niet minder dan 14 afzonderlijke objecten onderscheiden in een schrikbarend klein deel van de ruimte, bevestiging van het object was het archetypische voorbeeld van een protocluster in een zeer vroeg ontwikkelingsstadium.

De extreme afstand en duidelijk gedefinieerde componenten van deze cluster bieden astronomen een ongekende kans om enkele van de eerste stappen van clustervorming minder dan 1,5 miljard jaar na de oerknal te bestuderen. Door de ALMA-gegevens te gebruiken als uitgangspunt voor geavanceerde computersimulaties, de onderzoekers konden aantonen hoe deze huidige verzameling sterrenstelsels waarschijnlijk over miljarden jaren zal groeien en evolueren.

"ALMA gaf ons, Voor de eerste keer, een duidelijk startpunt om de evolutie van een cluster van sterrenstelsels te voorspellen. Overuren, de 14 sterrenstelsels die we hebben waargenomen, zullen stoppen met het vormen van sterren en zullen botsen en samensmelten tot een enkel gigantisch sterrenstelsel, ' zei Chapman.

Dit onderzoek wordt gepresenteerd in een paper getiteld "Een massieve kern voor een cluster van sterrenstelsels met een roodverschuiving van 4,3, " door TB Miller, et al., die in het journaal verschijnt Natuur .