מבט לעומק היקום הנצפה - ומכאן חזרה לתקופות הזמן המוקדמות ביותר - הוא דבר מרתק להפליא. בכך, אסטרונומים מסוגלים לראות את הגלקסיות הקדומות ביותר ביקום וללמוד עוד על התפתחותם לאורך זמן. מכאן הם לא רק יכולים לראות כיצד נוצרו מבנים בקנה מידה גדול (כמו גלקסיות ואשכולות גלקסיות), אלא גם את התפקיד שמילא החומר האפל.
לאחרונה, צוות מדענים בינלאומי השתמש במערך התחתית-מילילימטר אטקמה גדול (ALMA) כדי להתבונן ביקום כשהיה בן 1.4 מיליארד שנה בלבד. מה שהם צפו היה "פרוטוקולטר", סדרה של 14 גלקסיות שנמצאות במרחק של 12.4 מיליארד שנות אור משם שהיו עומדות להתמזג. זה יביא להיווצרות אשכול גלקסי מאסיבי, אחד האובייקטים הגדולים ביקום הידוע.
המחקר שתיאר את הממצאים שלהם, שכותרתו "גרעין מסיבי לאשכול גלקסיות בהילוך אדום של 4.3", הופיע לאחרונה בכתב העת. טבע. את המחקר הוביל טים מילר - אסטרונום מאוניברסיטת דלהוסי, הליפקס ואוניברסיטת ייל - וכלל חברים ממעבדת ההנעה סילונית של נאס"א, מצפה הכוכבים האירופי הדרומי (ESO), מועצת המחקר הלאומית של קנדה, המרכז הרווארד-סמיתסוניאן לאסטרופיסיקה, מצפה הכוכבים הלאומי לאסטרונומיה, ומרבית אוניברסיטאות ומוסדות מחקר.
כפי שהם מצביעים במחקר שלהם, פרוטוקולוט זה (המכונה SPT2349-56) נצפה לראשונה על ידי טלסקופ הקוטב הדרומי הלאומי למדע הלאומי. באמצעות ניסוי Atacama Pathfinder (APEX), ביצע הצוות תצפיות מעקב שאישרו כי מדובר במקור גלקטי מרוחק במיוחד, שנצפה אז עם ALMA. בעזרת הרזולוציה והרגישות העליונים של ALMA הם הצליחו להבחין בין הגלקסיות הבודדות.
מה שהם מצאו היה שהגלקסיות הללו יוצרים כוכבים בקצב מהיר פי אלף מהגלקסיה שלנו, ונדחסו באזור מרחב שגודל פי שלושה מגודל שביל החלב. בעזרת נתוני ה- ALMA הצוות הצליח ליצור הדמיות מחשב מתוחכמות שהדגימו כיצד אוסף הגלקסיות הנוכחי הזה ככל הנראה יגדל ויתפתח במשך מיליארד שנים.
סימולציות אלה הצביעו על כך שברגע שהגלקסיות הללו יתמזגו, אשכול הגלקסיות שהתקבל יתחרה בכמה מהאשכולות המסיביים ביותר שאנו רואים במגזין החלל. כפי שהסביר סקוט צ'פמן ואסטרופיזיקאי מאוניברסיטת דלהוסי וסופר משותף למחקר:
"תפיסת אשכול גלקסי מאסיבי בעומק היווצרות הוא מרהיב בפני עצמו. אולם העובדה שזה קורה כל כך מוקדם בהיסטוריה של היקום מציבה אתגר אדיר להבנתנו כיום את אופן צורת המבנים ביקום. "
הקונצנזוס המדעי הנוכחי בקרב האסטרופיסיקאים קובע כי כמה מיליוני שנים לאחר המפץ הגדול, החומר הרגיל והחומר האפל החלו ליצור ריכוזים גדולים יותר, ובסופו של דבר הולידו אשכולות גלקסיות. עצמים אלה הם המבנים הגדולים ביקום, המכילים טריליוני כוכבים, אלפי גלקסיות, כמויות אדירות של חומר אפל וחורים שחורים מסיביים.
עם זאת, תיאוריות ומודלים ממוחשבים הציעו כי פרוטוקוליות - כמו זו שצוינה על ידי ALMA - היו צריכות לקחת הרבה יותר זמן להתפתח. מציאת אחד שמתוארך ל -1.4 מיליארד שנה בלבד אחרי המפץ הגדול הייתה אפוא ההפתעה. כפי שציין טים מילר, שהוא כיום מועמד לדוקטורט באוניברסיטת ייל:
"איך מכלול הגלקסיות הזה היה כל כך גדול כל כך מהר זה קצת תעלומה. הוא לא נבנה בהדרגה לאורך מיליארדי שנים, כפי שאסטרונומים עשויים לצפות. תגלית זו מספקת הזדמנות מדהימה ללמוד כיצד מקבצי גלקסיות והגלקסיות המאסיביות שלהם נפגשו בסביבות קיצוניות אלה. "
במבט לעתיד, צ'פמן ועמיתיו מקווים לערוך מחקרים נוספים על SPT2349-56 בכדי לראות כיצד פרוטוקולים אלה הפכו בסופו של דבר לאשכול גלקסי. "ALMA העניקה לנו לראשונה נקודת התחלה ברורה לחזות את התפתחות צביר הגלקסיות", אמר. "עם הזמן 14 הגלקסיות שצפינו יפסיקו להיווצר כוכבים והן יתנגשו ויתגבשו לגלקסיה ענקית אחת."
המחקר של פרוטוקולים זה ואחרים יתאפשר בזכות מכשירים כמו ALMA, אך גם מצפה הכוכבים מהדור הבא כמו מערך הקילומטר (SKA). מצוידים במערכים רגישים יותר ובדגמי מחשב מתקדמים יותר, אסטרונומים עשויים להיות מסוגלים ליצור ציר זמן מדויק באמת של איך היקום שלנו הפך להיות מה שהוא היום.
