Astronomen hebben de gecombineerde kracht van meerdere astronomische observatoria over de hele wereld en in de ruimte gebruikt om een ​​schat aan voorheen onbekende oude massieve sterrenstelsels te ontdekken. Dit is de eerste meervoudige ontdekking in zijn soort, en zo'n overvloed van dit type melkweg tart de huidige modellen van het universum. Deze sterrenstelsels zijn ook nauw verbonden met superzware zwarte gaten en de verdeling van donkere materie.

De Hubble-ruimtetelescoop bood ongekende toegang tot het voorheen onzichtbare universum, maar zelfs het is blind voor enkele van de meest fundamentele stukjes van de kosmische puzzel. Astronomen van het Instituut voor Astronomie van de Universiteit van Tokyo wilden objecten observeren waarvan ze al lang vermoedden dat ze daar waren, maar die Hubble niet kon onthullen. Nieuwere generaties astronomische observatoria hebben eindelijk onthuld wat ze zochten.

"Dit is de eerste keer dat zo'n grote populatie massieve sterrenstelsels werd bevestigd tijdens de eerste 2 miljard jaar van het 13,7 miljard jaar durende leven van het universum. Deze waren voorheen onzichtbaar voor ons, " zei onderzoeker Tao Wang. "Deze bevinding is in strijd met de huidige modellen voor die periode van kosmische evolutie, en zal helpen om wat details toe te voegen, die tot nu toe ontbraken."

Maar hoe kan zoiets groots als een sterrenstelsel om te beginnen onzichtbaar zijn?

"Het licht van deze sterrenstelsels is erg zwak, met lange golflengten onzichtbaar voor onze ogen en niet op te sporen door Hubble, ", legt professor Kotaro Kohno uit. "Dus we wendden ons tot de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), wat ideaal is om dit soort dingen te bekijken. Ik heb een lange geschiedenis met die faciliteit, en wist dus dat het goede resultaten zou opleveren."

Ook al waren deze sterrenstelsels de grootste van hun tijd, hun licht is niet alleen zwak, maar ook uitgerekt vanwege hun enorme afstand. Naarmate het universum uitdijt, licht dat er doorheen gaat wordt uitgerekt, zodat zichtbaar licht langer wordt, uiteindelijk infrarood worden. De hoeveelheid uitrekken stelt astronomen in staat om te berekenen hoe ver iets is, die ook onthult hoe lang geleden het licht door het object werd uitgestraald.

"Het was moeilijk om onze collega's ervan te overtuigen dat deze sterrenstelsels zo oud waren als we dachten dat ze waren. Onze eerste vermoedens over hun bestaan ​​kwamen van de infraroodgegevens van de Spitzer Space Telescope, zei Wang. Maar ALMA heeft scherpe ogen, en onthult details op submillimetergolflengten, de beste golflengten om door stof in het vroege heelal te kijken. Toch, er waren meer gegevens nodig van de fantasierijke Very Large Telescope in Chili om echt te bewijzen dat we oude massieve sterrenstelsels zagen waar nog nooit eerder was waargenomen."

Een andere reden waarom deze sterrenstelsels zo zwak lijken, is omdat grotere sterrenstelsels, zelfs in de huidige tijd, hebben de neiging om in stof gehuld te zijn, die hen meer verduistert dan hun kleinere galactische broers en zussen.

En wat houdt de ontdekking van deze enorme sterrenstelsels in?

"Hoe massiever een sterrenstelsel, hoe massiever het superzware zwarte gat in zijn hart. Dus de studie van deze sterrenstelsels en hun evolutie zal ons meer vertellen over de evolutie van superzware zwarte gaten, te, "zei Kohno. "Massieve sterrenstelsels zijn ook nauw verbonden met de verspreiding van onzichtbare donkere materie. Dit speelt een rol bij het vormgeven van de structuur en distributie van sterrenstelsels. Theoretische onderzoekers zullen hun theorieën nu moeten updaten."

Astronomen zijn ook geïnteresseerd in hoe deze 39 sterrenstelsels verschillen van de onze. Als ons zonnestelsel zich in een van hen bevond en je op een heldere nacht naar de lucht zou kijken, je zou iets heel anders zien dan het bekende patroon van de Melkweg.

"Voor een ding, de nachtelijke hemel zou veel majestueuzer lijken. De grotere dichtheid van sterren betekent dat er veel meer sterren in de buurt zouden zijn door groter en helderder te lijken, " legde Wang uit. "Maar omgekeerd, de grote hoeveelheid stof betekent dat verre sterren veel minder zichtbaar zijn, dus de achtergrond van deze heldere nabije sterren zou een enorme donkere leegte kunnen zijn."

Aangezien dit de eerste keer is dat een dergelijke populatie sterrenstelsels is ontdekt, de implicaties van hun studie worden nu pas gerealiseerd. Er kunnen nog veel verrassingen komen.

"Deze gigantische sterrenstelsels zijn onzichtbaar in optische golflengten, dus het is extreem moeilijk om spectroscopie te doen, een manier om sterrenpopulaties en de chemische samenstelling van sterrenstelsels te onderzoeken. ALMA is hier niet goed in, en we hebben nog iets nodig, " concludeerde Wang. "Ik kijk uit naar toekomstige observatoria zoals de in de ruimte gebaseerde James Webb Space Telescope om ons te laten zien waar deze oerbeesten echt van gemaakt zijn."