Genom att kika djupt ut i rymden - en häpnadsväckande 90 procent av vägen över det observerbara universum - har astronomer bevittnat början på en gigantisk kosmisk hopfyllning, den förestående kollisionen mellan 14 unga, galaxer med starst sprängning.

Denna uråldriga megamerger är avsedd att utvecklas till en av de mest massiva strukturerna i det kända universum:ett galaxkluster, gravitationellt bunden av mörk materia och simmar i ett hav av hett, joniserad gas.

Med hjälp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ett internationellt team av forskare har avslöjat en häpnadsväckande tät koncentration av 14 galaxer som är på väg att gå samman, bildar kärnan i det som så småningom kommer att bli ett kolossalt galaxkluster.

Denna tätt bundna galaktiska smashup, känd som ett protokluster, ligger cirka 12,4 miljarder ljusår bort, vilket betyder att dess ljus började resa till oss när universum bara var 1,4 miljarder år gammalt, eller ungefär en tiondel av sin nuvarande ålder. Dess enskilda galaxer bildar stjärnor så mycket som 1, 000 gånger snabbare än vår hemgalax och trängs inuti ett område av rymden bara ungefär tre gånger storleken på Vintergatan. Det resulterande galaxklustret kommer så småningom att konkurrera med några av de mest massiva klungorna vi ser i universum idag.

Resultaten publiceras i tidskriften Natur .

"Efter att ha fångat ett massivt galaxkluster i form av formationer är det i sig spektakulärt, "sa Scott Chapman, en astrofysiker vid Dalhousie University i Halifax, Kanada, som specialiserat sig på observationskosmologi och studerar ursprunget till struktur i universum och utvecklingen av galaxer.

"Men, det faktum att detta händer så tidigt i universums historia utgör en formidabel utmaning för vår nutida förståelse av hur strukturer bildas i universum, " han sa.

Under de första miljoner åren av kosmisk historia, normal materia och mörk materia började samlas i större och större koncentrationer, så småningom ger upphov till galaxkluster, de största föremålen i det kända universum. Med massor som kan jämföras med en miljon miljarder solar, kluster kan innehålla så många som tusen galaxer, stora mängder mörk materia, gigantiska svarta hål, och röntgenstrålande gas som når temperaturer på över en miljon grader.

Nuvarande teori och datormodeller tyder på att protokoll så massiva som de som observerats av ALMA, dock, borde ha tagit mycket längre tid att utvecklas.

"Hur denna samling galaxer blev så stora så snabbt är lite av ett mysterium, det byggdes inte upp gradvis under miljarder år, som astronomer kan förvänta sig, "sa Tim Miller, en doktorand vid Yale University och medförfattare på pappret.

"Denna upptäckt ger en otrolig möjlighet att studera hur galaxkluster och deras massiva galaxer sammanföll i dessa extrema miljöer."

Denna speciella galaktiska protokluster, betecknad SPT2349-56, observerades först som en svag fläck av millimetervågljusljus 2010 med National Science Foundation's South Pole Telescope. Uppföljningsobservationer med Atacama Pathfinder Experiment (APEX) teleskopet hjälpte till att bekräfta att det faktiskt var en extremt avlägsen galaktisk källa och värd att följa upp observationer med ALMA. ALMAs överlägsna upplösning och känslighet gjorde det möjligt för astronomer att skilja inte mindre än 14 enskilda objekt i ett chockerande litet område av rymden, bekräftelse av objektet var det arketypiska exemplet på ett protokluster i ett mycket tidigt utvecklingsstadium.

Detta klustres extrema avstånd och tydligt definierade komponenter ger astronomer en oöverträffad möjlighet att studera några av de första stegen i klusterbildning mindre än 1,5 miljarder år efter Big Bang. Genom att använda ALMA -data som startförutsättningar för sofistikerade datasimuleringar, forskarna kunde visa hur den nuvarande samlingen av galaxer sannolikt kommer att växa och utvecklas under miljarder år.

"ALMA gav oss, för första gången, en tydlig utgångspunkt för att förutsäga utvecklingen av ett galaxkluster. Över tid, de 14 galaxer vi observerade kommer att sluta bilda stjärnor och kommer att kollidera och förenas till en enda gigantisk galax, sa Chapman.

Denna forskning presenteras i ett papper med titeln "En massiv kärna för ett galaxkluster vid en rödförskjutning på 4,3, "av T.B. Miller, et al., som visas i journalen Natur .