Moderne sterrenstelsels vertonen een grote diversiteit, inclusief dwergstelsels, onregelmatige sterrenstelsels, spiraalvormige sterrenstelsels, en massieve elliptische sterrenstelsels. Dit laatste type, massieve elliptische sterrenstelsels, geeft astronomen een puzzel. Hoewel het de meest massieve sterrenstelsels zijn met de meeste sterren, bijna al hun sterren zijn oud. Op een bepaald moment in het verleden moeten de voorouders van massieve elliptische sterrenstelsels snel veel sterren hebben gevormd en vervolgens om de een of andere reden zijn gestopt.

Gelukkig, de eindige lichtsnelheid geeft wetenschappers een manier om de klok terug te draaien en het vroege heelal te bekijken. Als een melkwegstelsel zich op 12 miljard lichtjaar afstand bevindt, dan moet het licht van dat sterrenstelsel 12 miljard jaar hebben gereisd voordat het de aarde bereikte. Dit betekent dat het licht dat we vandaag waarnemen de melkweg 12 miljard jaar geleden moet hebben verlaten. Met andere woorden, het licht is het beeld van hoe de melkweg er 12 miljard jaar geleden uitzag. Door sterrenstelsels op verschillende afstanden van de aarde te observeren, astronomen kunnen de geschiedenis van het heelal reconstrueren.

Een internationaal team met onderzoekers van de National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), de Universiteit van Tokio, en de Universiteit van Kopenhagen gebruikten gegevens van NAOJ's Subaru-telescoop en andere telescopen om te zoeken naar sterrenstelsels die zich op 12 miljard lichtjaar afstand bevinden. Onder dit monster identificeerden ze massieve stille sterrenstelsels, wat betekent massieve sterrenstelsels zonder actieve stervorming, als de waarschijnlijke voorouders van moderne gigantische elliptische sterrenstelsels. Het is verrassend dat volwassen reuzenstelsels al heel vroeg bestonden, toen het heelal nog maar ongeveer 13% van zijn huidige leeftijd had.

Het team gebruikte vervolgens de Subaru-telescoop om vervolgwaarnemingen met hoge resolutie in nabij-infrarood uit te voeren voor de 5 helderste massieve, rustige sterrenstelsels die zich op een afstand van 12 miljard lichtjaar bevinden.

De resultaten laten zien dat hoewel de massieve, stille sterrenstelsels compact zijn (slechts ongeveer 2% van de grootte van de Melkweg), ze bijna net zo zwaar zijn als moderne sterrenstelsels. Dit betekent dat om moderne gigantische elliptische sterrenstelsels te worden, ze ongeveer 100 keer zo groot moeten worden, maar slechts ongeveer 5 keer in massa toenemen. Door de waarnemingen te vergelijken met speelgoedmodellen, het team toonde aan dat dit mogelijk zou zijn als de groei werd aangedreven, niet door grote fusies waarbij twee vergelijkbare sterrenstelsels samensmelten tot een grotere, maar door kleine fusies waarbij een groot sterrenstelsel kleinere kannibaliseert.

"We zijn erg enthousiast over de implicaties van onze bevindingen, " legt corresponderend auteur Mariko Kubo uit, een postdoctoraal onderzoeker bij NAOJ. "Maar we zitten nu op de resolutielimiet van bestaande telescopen. De superieure ruimtelijke resolutie van de Thirty Meter Telescope die momenteel in ontwikkeling is, zal ons in staat stellen de morfologieën van verre sterrenstelsels nauwkeuriger te bestuderen. Voor verder verwijderde sterrenstelsels van meer dan 12 miljard lichtjaar, we hebben de volgende generatie James Webb-ruimtetelescoop nodig."