Guardare in profondità nell'universo osservabile - e quindi, nei primissimi periodi di tempo - è una cosa immensamente affascinante. In tal modo, gli astronomi sono in grado di vedere le prime galassie nell'Universo e apprendere di più su come si sono evolute nel tempo. Da questo, non sono solo in grado di vedere come si sono formate le strutture su larga scala (come le galassie e gli ammassi di galassie), ma anche il ruolo svolto dalla materia oscura.
Più di recente, un team internazionale di scienziati ha utilizzato la matrice Atacama Large Millimeter-submillimeter (ALMA) per osservare l'Universo quando aveva appena 1,4 miliardi di anni. Ciò che osservarono fu 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 dei più grandi oggetti nell'universo conosciuto.
Lo studio che ha descritto i loro risultati, intitolato "Un enorme nucleo per un gruppo di galassie con uno spostamento verso il rosso di 4,3", è recentemente apparso sulla rivista Natura. Lo studio è stato condotto da Tim Miller - un astronomo della Dalhousie University, Halifax e Yale University - e ha incluso membri del Jet Propulsion Laboratory della NASA, l'Osservatorio europeo meridionale (ESO), il Consiglio nazionale delle ricerche canadese, il Centro di astrofisica di Harvard-Smithsonian, l'Osservatorio nazionale di radioastronomia e diverse università e istituti di ricerca.
Come indicato nel loro studio, questo protocluster (designato SPT2349-56) è stato osservato per la prima volta dal South Pole Telescope della National Science Foundation. Utilizzando l'Atacama Pathfinder Experiment (APEX), il team ha condotto osservazioni di follow-up che hanno confermato che si trattava di una fonte galattica estremamente distante, che è stata quindi osservata con ALMA. Usando la risoluzione e la sensibilità superiori di ALMA, sono stati in grado di distinguere le singole galassie.
Ciò 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 più grande della Via Lattea. Utilizzando i dati ALMA, il team è stato anche in grado di creare sofisticate simulazioni al computer che hanno dimostrato come l'attuale raccolta di galassie probabilmente crescerà e si evolverà nel corso di miliardi di anni.
Queste simulazioni hanno indicato che una volta che queste galassie si fonderanno, il risultante ammasso di galassie sarà in concorrenza con alcuni dei più grandi ammassi che vediamo nello Space Magazine. Come hanno spiegato Scott Chapman e astrofisico della Dalhousie University e coautore dello studio:
“Avere catturato un enorme ammasso di galassie in preda alla formazione è spettacolare in sé e per sé. Ma il fatto che ciò accada così presto nella storia dell'universo rappresenta una sfida formidabile per la nostra comprensione odierna del modo in cui le strutture si formano nell'universo. "
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 più grandi, dando origine alla formazione di 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 di computer hanno suggerito che i protocluster - come quello osservato da ALMA - avrebbero dovuto impiegare molto più tempo ad evolversi. Trovarne uno che risale a soli 1,4 miliardi di anni dopo il Big Bang è stata quindi una sorpresa. Come ha affermato Tim Miller, attualmente dottorando presso l'Università di Yale:
"Il modo in cui questa assemblea di galassie è diventata così grande così velocemente è un po 'un mistero, non è stata costruita gradualmente nel corso di miliardi di anni, come gli astronomi potrebbero aspettarsi. Questa scoperta offre un'incredibile opportunità per studiare come gli ammassi di galassie e le loro enormi galassie si unirono in questi ambienti estremi. "
Guardando al futuro, Chapman e i suoi colleghi sperano di condurre ulteriori studi su SPT2349-56 per vedere come questi protocluster alla fine siano diventati 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 corso del tempo, le 14 galassie che abbiamo osservato smetteranno di formare stelle e si scontreranno e si uniranno in un'unica gigantesca galassia."
Lo studio di questo e altri protocluster sarà reso possibile grazie a strumenti come ALMA, ma anche a osservatori di prossima generazione come Square Kilometer Array (SKA). Dotato di array più sensibili e modelli di computer più avanzati, gli astronomi potrebbero essere in grado di creare una linea temporale davvero accurata di come il nostro Universo è diventato quello che è oggi.