Een onderzoek, geleid door onderzoekers van het Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en uitgevoerd met OSIRIS, een instrument op de Gran Telescopio Canarias (GTC), heeft de meest dichtbevolkte cluster van sterrenstelsels in formatie in het primitieve universum gevonden. De onderzoekers voorspellen dat deze structuur, die zich op een afstand van 12,5 miljard lichtjaar van ons bevindt, zal zijn geëvolueerd tot een cluster vergelijkbaar met dat van Maagd, een buur van de Lokale Groep van sterrenstelsels waartoe de Melkweg behoort. De studie is gepubliceerd in het gespecialiseerde tijdschrift Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society (MNRAS) .

Clusters van sterrenstelsels zijn groepen sterrenstelsels die door de zwaartekracht bij elkaar blijven. Om de evolutie van deze "steden van sterrenstelsels" te begrijpen, zoeken wetenschappers naar structuren in formatie, de zogenaamde melkwegprotoclusters, in het vroege heelal.

In 2012 maakte een internationaal team van astronomen een nauwkeurige bepaling van de afstand van het sterrenstelsel HDF850.1, bekend als een van de sterrenstelsels met de hoogste stervormingssnelheid in het waarneembare heelal. Tot hun verbazing, ontdekten de wetenschappers ook dat dit sterrenstelsel, wat een van de meest bestudeerde gebieden aan de hemel is, bekend als het Hubble Deep Field/GOEDEREN-Noord, maakt deel uit van een groep van ongeveer een dozijn protosterrenstelsels die zich tijdens de eerste miljard jaar van de kosmische geschiedenis hadden gevormd. Vóór de ontdekking was er slechts één andere soortgelijke oergroep bekend.

Nutsvoorzieningen, dankzij een nieuw onderzoek met het OSIRIS-instrument op de Gran Telescopio Canarias (GTC, of GRANTECAN), het team heeft aangetoond dat het een van de dichtstbevolkte gebieden is met sterrenstelsels in het primitieve heelal, en hebben voor het eerst een gedetailleerde studie van de fysische eigenschappen van dit systeem uitgevoerd. "Verrassend genoeg hebben we ontdekt dat alle leden van de cluster die tot nu toe hebben bestudeerd, ongeveer twee dozijn, zijn sterrenstelsels met normale stervorming, en dat het centrale sterrenstelsel de productie van sterren in deze structuur lijkt te domineren", legt Rosa Calvi uit, voorheen postdoctoraal onderzoeker bij het IAC en eerste auteur van het artikel.

Getuigen van de kindertijd van het plaatselijk heelal

Deze recente studie laat zien dat deze cluster van sterrenstelsels in formatie uit verschillende componenten bestaat, of "zones" met verschillen in hun evolutie. De astronomen voorspellen dat deze structuur geleidelijk zal veranderen totdat het een sterrenstelsel wordt dat lijkt op Maagd, het centrale gebied van de gelijknamige supercluster waarin zich de Lokale Groep van sterrenstelsels bevindt waartoe de Melkweg behoort. "We zien deze stad in aanbouw net zoals het 12 was, 500 miljoen jaar geleden, toen het heelal minder dan 10% van zijn huidige leeftijd had, dus we zien de kindertijd van een cluster van sterrenstelsels zoals die typisch zijn voor het lokale heelal", merkt Helmut Dannerbauer op, een IAC-onderzoeker die co-auteur is van dit artikel.

De gemeten afstand tot deze bestudeerde bronnen komt perfect overeen met de voorspellingen op basis van fotometrische waarnemingen die eerder op GRANTECAN zijn gedaan door Pablo Arrabal Haro, voorheen een doctoraatsstudent aan de IAC, begeleid door José Miguel Rodríguez Espinosa, een IAC-onderzoeker en adjunct-secretaris-generaal van de Internationale Astronomische Unie (IAU), en Casiana Muñoz-Tuñón, een onderzoeker en adjunct-directeur van de IAC, allemaal co-auteurs van dit artikel. Arrabal ontwikkelde een methode voor het selecteren van sterrenstelsels met normale stervormingssnelheden, gebaseerd op het fotometrische onderzoek SHARDS (Survey for High-z Absorption Red and Dead Sources), een groot programma van de European Southern Observatory (ESO) uitgevoerd op de GTC. "Ik ben erg blij om te zien dat de methode die tijdens mijn doctoraatsthesis is ontwikkeld, zo goed werkt bij het vinden en bevestigen van een gebied dat dichtbevolkt is met sterrenstelsels in het verre heelal", zegt Arrabal.

Het SHARDS-programma werd geleid door Pablo Pérez-González, onderzoeker aan het Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) en tevens auteur van het artikel. Zoals Pérez-González uitlegt, "precies meten hoe deze structuren zich vormen, vooral aan het begin van het heelal, is niet makkelijk, en we hebben uitzonderlijke gegevens nodig, zoals die we met de GTC-telescoop opnemen als onderdeel van de SHARDS- en SHARDS Frontier Fields-projecten, waarmee we afstanden tot sterrenstelsels en tussen sterrenstelsels aan de rand van het heelal kunnen bepalen met een nauwkeurigheid die nooit eerder is bereikt."

In aanvulling, Stefan Geier, GTC support astronoom en co-auteur van het artikel wijst erop dat "dit hoogst verrassende resultaat niet mogelijk zou zijn geweest zonder de buitengewone capaciteit van OSIRIS samen met het grote verzamelgebied van de GRANTECAN, de grootste optische en infraroodtelescoop ter wereld."

De Gran Telescopio Canarias en de observatoria van het Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) maken deel uit van het netwerk van Singular Scientific and Technical Infrastructures of Spain.