Astronomer har använt den kombinerade kraften från flera astronomiska observatorier runt om i världen och i rymden för att upptäcka en skattkammare av tidigare okända forntida massiva galaxer. Detta är den första flerfaldiga upptäckten i sitt slag, och ett sådant överflöd av denna typ av galax trotsar nuvarande modeller av universum. Dessa galaxer är också intimt förbundna med supermassiva svarta hål och distributionen av mörk materia.

Rymdteleskopet Hubble erbjöd oöverträffad tillgång till det tidigare osynliga universum, men även den är blind för några av de mest grundläggande bitarna i det kosmiska pusslet. Astronomer från Institute of Astronomy vid University of Tokyo ville observera föremål som de länge misstänkt fanns där ute, men som Hubble inte kunde avslöja. Nyare generationer av astronomiska observatorier har äntligen avslöjat vad de sökte.

"Detta är första gången som en så stor population av massiva galaxer bekräftades under de första 2 miljarderna av universums 13,7 miljarder år långa liv. Dessa var tidigare osynliga för oss, " sade forskaren Tao Wang. "Detta fynd strider mot nuvarande modeller för den perioden av kosmisk evolution, och hjälper till att lägga till några detaljer, som har saknats fram till nu."

Men hur kan något så stort som en galax vara osynligt till att börja med?

"Ljuset från dessa galaxer är mycket svagt, med långa våglängder osynliga för våra ögon och omöjliga att upptäcka av Hubble, " förklarade professor Kotaro Kohno. "Så vi vände oss till Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), vilket är idealiskt för att titta på den här typen av saker. Jag har en lång historia med den anläggningen, och så visste att det skulle ge bra resultat."

Även om dessa galaxer var de största i sin tid, deras ljus är inte bara svagt, men också sträckt på grund av deras enorma avstånd. När universum expanderar, ljus som passerar genom blir sträckt, så synligt ljus blir längre, så småningom blir infraröd. Mängden sträckning gör att astronomer kan beräkna hur långt bort något är, som också avslöjar hur länge sedan ljuset sänds ut från föremålet.

"Det var svårt att övertyga våra kamrater om att dessa galaxer var så gamla som vi misstänkte att de var. Våra första misstankar om deras existens kom från Spitzer Space Telescopes infraröda data, " sa Wang. "Men ALMA har skarpa ögon, och avslöjar detaljer vid submillimetervåglängder, de bästa våglängderna för att titta genom damm som finns i det tidiga universum. Ändå, det krävdes ytterligare data från det fantasifullt namngivna Very Large Telescope i Chile för att verkligen bevisa att vi såg forntida massiva galaxer där ingen hade setts tidigare."

En annan anledning till att dessa galaxer verkar så svaga är att större galaxer, även i våra dagar, tenderar att vara höljd i damm, vilket skymmer dem mer än deras mindre galaktiska syskon.

Och vad innebär upptäckten av dessa massiva galaxer?

"Ju mer massiv en galax, desto mer massivt är det supermassiva svarta hålet i dess hjärta. Så studiet av dessa galaxer och deras utveckling kommer att berätta mer om utvecklingen av supermassiva svarta hål, för, ", sade Kohno. "Massiva galaxer är också intimt förknippade med distributionen av osynlig mörk materia. Detta spelar en roll för att forma strukturen och fördelningen av galaxer. Teoretiska forskare kommer att behöva uppdatera sina teorier nu."

Astronomer är också intresserade av hur dessa 39 galaxer skiljer sig från vår egen. Om vårt solsystem var inuti en av dem och du skulle titta upp mot himlen en klar natt, du skulle se något helt annat än Vintergatans välbekanta mönster.

"För en sak, natthimlen skulle framstå som mycket mer majestätisk. Den större tätheten av stjärnor betyder att det skulle finnas många fler stjärnor i närheten genom att verka större och ljusare, " förklarade Wang. "Men omvänt, den stora mängden damm betyder att avlägsna stjärnor skulle vara mycket mindre synliga, så bakgrunden till dessa ljusa nära stjärnor kan vara ett stort mörkt tomrum."

Eftersom detta är första gången en sådan population av galaxer har upptäckts, konsekvenserna av deras studie inser man först nu. Det kan finnas många överraskningar kvar.

"Dessa gigantiska galaxer är osynliga i optiska våglängder så det är extremt svårt att göra spektroskopi, ett sätt att undersöka stjärnpopulationer och kemisk sammansättning av galaxer. ALMA är inte bra på det här, och vi behöver något mer, " avslutade Wang. "Jag är angelägen om att kommande observatorier som det rymdbaserade rymdteleskopet James Webb ska visa oss vad dessa urdjur verkligen är gjorda av."