Guardare in profondità nell'Universo osservabile - e quindi, indietro ai primi periodi di tempo - è una cosa immensamente affascinante. In tal modo, gli astronomi sono in grado di vedere le prime galassie dell'Universo e saperne di più su come si sono evolute nel tempo. Da questo, non solo sono in grado di vedere come si sono formate strutture su larga scala (come galassie e ammassi di galassie), ma anche il ruolo svolto dalla materia oscura.
Più di recente, un team internazionale di scienziati ha utilizzato il Array Atacama Large Millimetro-submillimetrico (ALMA) per osservare l'Universo quando aveva solo 1,4 miliardi di anni. Quello che hanno osservato era un 'protocluster', una serie di 14 galassie situate a 12,4 miliardi di anni luce di distanza che stavano per fondersi. Ciò comporterebbe la formazione di un enorme ammasso di galassie, uno degli oggetti più grandi dell'Universo conosciuto.
Lo studio che ha descritto i loro risultati, intitolato “ Un nucleo enorme per un ammasso di galassie con un redshift di 4,3 “, apparso di recente sulla rivistaNatura.Lo studio è stato condotto da Tim Miller, un astronomo della Dalhousie University, Halifax e Yale University, e includeva membri del Jet Propulsion Laboratory della NASA, il Osservatorio Europeo Meridionale (ESO), Canada Consiglio Nazionale per la Ricerca , il Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian , il Osservatorio Nazionale di Radioastronomia , e numerose università e istituti di ricerca.
Immagine ALMA di 14 galassie che formano un protoammasso noto come SPT2349-56. Queste galassie sono in fase di fusione e alla fine formeranno il nucleo di un ammasso di galassie veramente massiccio. Credito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
Come indicano nel loro studio, questo protocluster (designato SPT2349-56) è stato osservato per la prima volta dal Fondazione Nazionale della Scienza 'S Telescopio del Polo Sud . Usando il Esperimento di Atacama Pathfinder (APEX), il team ha condotto osservazioni di follow-up che hanno confermato che si trattava di una fonte galattica estremamente distante, che è stata poi osservata con ALMA. Utilizzando la risoluzione e la sensibilità superiori di ALMA, sono stati in grado di distinguere le singole galassie.
Quello che hanno scoperto è che queste galassie stavano formando stelle a una velocità 1.000 volte più veloce della nostra galassia ed erano stipate all'interno di una regione dello spazio che era circa tre volte la dimensione della Via Lattea. Utilizzando i dati di ALMA, il team è stato anche in grado di creare sofisticate simulazioni al computer che hanno dimostrato come questa attuale collezione di galassie probabilmente crescerà e si evolverà nel corso di miliardi di anni.
Queste simulazioni hanno indicato che una volta che queste galassie si fondono, l'ammasso di galassie risultante rivaleggia con alcuni degli ammassi più massicci che vediamo oggi nell'Universo. Come ha spiegato Scott Chapman, astrofisico della Dalhousie University e coautore dello studio:
“L'aver catturato un enorme ammasso di galassie in preda alla formazione è di per sé spettacolare. Ma il fatto che questo stia accadendo così presto nella storia dell'universo pone una sfida formidabile alla nostra comprensione odierna del modo in cui le strutture si formano nell'universo».
Zoom sulle galassie scoperte da ALMA che si stanno evolvendo in un ammasso di galassie. Credito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Miller & S. Chapman et al.; Herschel; telescopio del polo sud; (NRAO/AUI/NSF) B. Saxton
L'attuale consenso scientifico tra gli astrofisici afferma che pochi milioni di anni dopo il Big Bang, la materia normale e la materia oscura iniziarono a formare concentrazioni maggiori, dando infine origine ad ammassi di galassie. Questi oggetti sono le strutture più grandi dell'Universo, contenenti trilioni di stelle, migliaia di galassie, immense quantità di materia oscura e enormi buchi neri.
Tuttavia, le attuali teorie e modelli informatici hanno suggerito che i protocluster, come quello osservato da ALMA, avrebbero dovuto impiegare molto più tempo per evolversi. Trovarne uno che risale a soli 1,4 miliardi di anni dopo il Big Bang è stata quindi una vera sorpresa. Come ha indicato Tim Miller, che attualmente è un dottorando alla Yale University:
“Come questo assemblaggio di galassie sia diventato così grande così velocemente è un po' un mistero, non è stato costruito gradualmente nel corso di miliardi di anni, come potrebbero aspettarsi gli astronomi. Questa scoperta offre un'incredibile opportunità per studiare come gli ammassi di galassie e le loro enormi galassie si sono unite in questi ambienti estremi».
Guardando al futuro, Chapman ei suoi colleghi sperano di condurre ulteriori studi su SPT2349-56 per vedere come questo protoammasso alla fine sia diventato un ammasso di galassie. 'ALMA ci ha fornito, per la prima volta, un chiaro punto di partenza per prevedere l'evoluzione di un ammasso di galassie', ha affermato. 'Nel tempo, le 14 galassie che abbiamo osservato smetteranno di formare stelle e si scontreranno e si fonderanno in un'unica galassia gigantesca'.
Lo studio di questo e di altri protocluster sarà reso possibile grazie a strumenti come ALMA, ma anche osservatori di nuova generazione come il Matrice di chilometri quadrati (SKA). Dotati di array più sensibili e modelli di computer più avanzati, gli astronomi potrebbero essere in grado di creare una linea temporale veramente accurata di come il nostro Universo è diventato quello che è oggi.