En studie, leds av forskare vid Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) och utförs med OSIRIS, ett instrument på Gran Telescopio Canarias (GTC), har hittat den mest tätbefolkade galaxhopen i formation i det primitiva universum. Forskarna förutspår att denna struktur, som ligger på ett avstånd av 12,5 miljarder ljusår från oss, kommer att ha utvecklats och blivit ett kluster som liknar Jungfruns, en granne till den lokala gruppen av galaxer som Vintergatan tillhör. Studien publiceras i facktidskriften Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society (MNRAS) .

Galaxhopar är grupper av galaxer som förblir tillsammans på grund av gravitationens inverkan. För att förstå utvecklingen av dessa "galaxstäder" letar forskare efter strukturer i formationen, de så kallade galaxprotoklusterna, i det tidiga universum.

År 2012 gjorde ett internationellt team av astronomer en exakt bestämning av avståndet till galaxen HDF850.1, känd som en av galaxerna med den högsta takten av stjärnbildning i det observerbara universum. Till deras förvåning, forskarna upptäckte också att denna galax, som är en av de mest studerade regionerna på himlen, känd som Hubble Deep Field/GOODS-North, är en del av en grupp på ett dussin protogalaxer som hade bildats under de första tusen miljoner åren av kosmisk historia. Innan dess upptäckt var bara en annan liknande urgrupp känd.

Nu, tack vare ett nytt stycke forskning med OSIRIS-instrumentet på Gran Telescopio Canarias (GTC, eller GRANTECAN), teamet har visat att det är en av de mest tätbefolkade regionerna befolkade med galaxer i det primitiva universum, och har för första gången genomfört en detaljerad studie av de fysikaliska egenskaperna hos detta system. "Vi har överraskande upptäckt att alla medlemmar i klustret hittills studerat, runt två dussin, är galaxer med normal stjärnbildning, och att den centrala galaxen verkar dominera produktionen av stjärnor i denna struktur" förklarar Rosa Calvi, tidigare postdoktor vid IAC och första författare till artikeln.

Vittnen till det lokala universums barndom

Denna nyligen genomförda studie visar att detta kluster av galaxer som bildas består av olika komponenter, eller "zoner" med skillnader i deras utveckling. Astronomerna förutspår att denna struktur kommer att förändras gradvis tills den blir en galaxhop som liknar Jungfrun, den centrala regionen av superklustret med samma namn där den lokala gruppen av galaxer som Vintergatan tillhör ligger. "Vi ser den här staden i konstruktion precis som den var 12, 500 miljoner år sedan, när universum hade mindre än 10% av sin nuvarande ålder, så vi ser barndomen hos ett kluster av galaxer som de som är typiska i det lokala universum", säger Helmut Dannerbauer, en IAC-forskare som är medförfattare till denna artikel.

Avståndet som mäts till dessa studerade källor överensstämmer perfekt med förutsägelserna baserade på fotometriska observationer som tidigare tagits på GRANTECAN av Pablo Arrabal Haro, tidigare doktorand vid IAC, övervakad av José Miguel Rodríguez Espinosa, en IAC-forskare och biträdande generalsekreterare för International Astronomical Union (IAU), och Casiana Muñoz-Tuñón, en forskare och biträdande direktör för IAC, alla medförfattare till denna artikel. Arrabal utvecklade en metod för att välja galaxer med normala stjärnbildningshastigheter, baserat på den fotometriska undersökningen SHARDS (Survey for High-z Absorption Red and Dead Sources), ett stort program från European Southern Observatory (ESO) genomfört på GTC. "Jag är mycket glad över att se att metoden som utvecklades under min doktorsavhandling fungerar så bra för att hitta och bekräfta en region som är mycket befolkad med galaxer i det avlägsna universum", säger Arrabal.

SHARDS-programmet har letts av Pablo Pérez-González, forskare vid Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) och även författare till tidningen. Som Pérez-González förklarar, "mäta exakt hur dessa strukturer bildas, speciellt i början av universum, är inte enkelt, och vi behöver exceptionella data som de vi tar med GTC-teleskopet som en del av SHARDS- och SHARDS Frontier Fields-projekten, som tillåter oss att bestämma avstånd till galaxer och mellan galaxer vid kanten av universum med en precision som aldrig uppnåtts tidigare."

Dessutom, Stefan Geier, GTC support astronom och medförfattare till tidningen påpekar att "detta mycket överraskande resultat inte skulle ha varit möjligt utan OSIRIS extraordinära kapacitet tillsammans med det stora insamlingsområdet av GRANTECAN, det största optiska och infraröda teleskopet i världen."

Gran Telescopio Canarias och observatorierna vid Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) är en del av nätverket av Singular Scientific and Technical Infrastructures of Spain.