Mirar profundamente en el Universo observable, y por lo tanto, volver a los primeros períodos de tiempo, es una cosa inmensamente fascinante. Al hacerlo, los astrónomos pueden ver las primeras galaxias del Universo y aprender más sobre cómo evolucionaron con el tiempo. A partir de esto, no solo pueden ver cómo se formaron las estructuras a gran escala (como las galaxias y los cúmulos de galaxias), sino también el papel desempeñado por la materia oscura.
Más recientemente, un equipo internacional de científicos utilizó la matriz Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA) para observar el Universo cuando solo tenía 1.400 millones de años. Lo que observaron fue un "protocolo", una serie de 14 galaxias ubicadas a 12.4 mil millones de años luz de distancia que estaban a punto de fusionarse. Esto daría como resultado la formación de un cúmulo de galaxias masivo, uno de los objetos más grandes del Universo conocido.
El estudio que describió sus hallazgos, titulado "Un núcleo masivo para un cúmulo de galaxias en un desplazamiento al rojo de 4.3", apareció recientemente en la revista Naturaleza. El estudio fue dirigido por Tim Miller, un astrónomo de la Universidad Dalhousie, Halifax y la Universidad de Yale, e incluyó miembros del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, el Observatorio Europeo Austral (ESO), el Consejo Nacional de Investigación de Canadá, el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, el Observatorio Nacional de Radioastronomía, y múltiples universidades e instituciones de investigación.
Como indican en su estudio, este protocolo (designado SPT2349-56) fue observado por primera vez por el Telescopio del Polo Sur de la National Science Foundation. Utilizando el Experimento Atacama Pathfinder (APEX), el equipo realizó observaciones de seguimiento que confirmaron que se trataba de una fuente galáctica extremadamente distante, que luego se observó con ALMA. Utilizando la resolución y sensibilidad superiores de ALMA, pudieron distinguir las galaxias individuales.
Lo que descubrieron fue que estas galaxias formaban estrellas a un ritmo 1,000 veces más rápido que nuestra galaxia, y estaban apiñadas dentro de una región del espacio que era aproximadamente tres veces el tamaño de la Vía Láctea. Utilizando los datos de ALMA, el equipo también pudo crear sofisticadas simulaciones por computadora que demostraron cómo esta colección actual de galaxias probablemente crecerá y evolucionará durante miles de millones de años.
Estas simulaciones indicaron que una vez que estas galaxias se fusionen, el cúmulo de galaxias resultante rivalizará con algunos de los cúmulos más masivos que vemos en la revista Space. Como Scott Chapman, astrofísico de la Universidad Dalhousie y coautor del estudio, explicó:
“Haber capturado un cúmulo de galaxias masivo en plena formación es espectacular en sí mismo. Pero, el hecho de que esto esté sucediendo tan temprano en la historia del universo plantea un desafío formidable para nuestra comprensión actual de la forma en que se forman las estructuras en el universo ".
El consenso científico actual entre los astrofísicos afirma que unos pocos millones de años después del Big Bang, la materia normal y la materia oscura comenzaron a formar concentraciones más grandes, y finalmente dieron lugar a cúmulos de galaxias. Estos objetos son las estructuras más grandes del Universo, que contienen billones de estrellas, miles de galaxias, inmensas cantidades de materia oscura y agujeros negros masivos.
Sin embargo, las teorías y los modelos informáticos actuales han sugerido que los protocontroladores, como el observado por ALMA, deberían haber tardado mucho más en evolucionar. Encontrar una que data de solo 1.400 millones de años después del Big Bang fue, por lo tanto, una gran sorpresa. Como Tim Miller, quien actualmente es candidato a doctorado en la Universidad de Yale, indicó:
"Cómo este conjunto de galaxias se hizo tan grande tan rápido es un misterio, no se formó gradualmente durante miles de millones de años, como los astrónomos podrían esperar. Este descubrimiento ofrece una oportunidad increíble para estudiar cómo los cúmulos de galaxias y sus galaxias masivas se unieron en estos entornos extremos ".
Mirando hacia el futuro, Chapman y sus colegas esperan llevar a cabo más estudios sobre SPT2349-56 para ver cómo estos protocolos se convirtieron en un cúmulo de galaxias. "ALMA nos dio, por primera vez, un punto de partida claro para predecir la evolución de un cúmulo de galaxias", dijo. "Con el tiempo, las 14 galaxias que observamos dejarán de formar estrellas y colisionarán y se unirán en una única galaxia gigantesca".
El estudio de este y otros protocolos será posible gracias a instrumentos como ALMA, pero también a observatorios de próxima generación como el Square Kilometer Array (SKA). Equipados con matrices más sensibles y modelos de computadora más avanzados, los astrónomos pueden crear una línea de tiempo verdaderamente precisa de cómo nuestro Universo se convirtió en lo que es hoy.
