Distribuzione galattica e primi piani di alcuni protocluster rivelati da HSC. Le regioni a densità più alta e più bassa sono rappresentate da colori più rossi e più blu, rispettivamente. Nei primi piani, i cerchi bianchi indicano le posizioni di galassie lontane. Le regioni rosse dovrebbero evolversi in ammassi di galassie. Dai primi piani, possiamo vedere varie morfologie delle regioni sovradense:alcune hanno un'altra regione sovradensa vicina, o sono allungate come un filamento, mentre ci sono anche regioni sovradense isolate. Attestazione:NAOJ
Utilizzando la Hyper Suprime-Cam (HSC) montata sul telescopio Subaru, gli astronomi hanno identificato quasi 200 "protocluster, " i progenitori degli ammassi di galassie, nell'universo primordiale, circa 12 miliardi di anni fa, circa dieci volte più di quanto si conoscesse in precedenza. Hanno anche scoperto che i quasar non tendono a risiedere nei protocluster; ma se c'è un quasar in un protocluster, c'è probabilmente un secondo nelle vicinanze. Questo risultato solleva dubbi sulla relazione tra protocluster e quasar.
Nell'universo, le galassie non sono distribuite uniformemente. Ci sono alcuni posti, conosciuti come grappoli, dove si trovano dozzine o centinaia di galassie vicine tra loro. Altre galassie sono isolate. Per determinare come e perché si sono formati i cluster, è fondamentale investigare non solo gli ammassi di galassie maturi come si vedono nell'universo attuale, ma anche osservare i protocluster, ammassi di galassie in via di formazione.
Poiché la velocità della luce è finita, osservare oggetti lontani ci permette di guardare indietro nel tempo. Per esempio, la luce di un oggetto distante 1 miliardo di anni luce è stata effettivamente emessa 1 miliardo di anni fa e da allora ha trascorso del tempo viaggiando nello spazio per raggiungerci. Osservando questa luce, gli astronomi possono vedere un'immagine di come appariva l'universo quando quella luce veniva emessa.
Anche osservando il lontano (primo) universo, i protocluster sono rari e difficili da scoprire. Solo circa 20 erano precedentemente noti. Poiché i protocluster distanti sono difficili da osservare direttamente, i quasar sono talvolta usati come proxy. Quando un grande volume di gas cade verso il buco nero super massiccio al centro di una galassia, si scontra con altri gas e si riscalda a temperature estreme. Questo gas caldo risplende brillantemente ed è noto come quasar. Il pensiero era che quando molte galassie sono vicine tra loro, una fusione, due galassie che si scontrano e si fondono insieme, creerebbe instabilità e causerebbe la caduta di gas nel buco nero super massiccio in una delle galassie, creando un quasar. Però, questa relazione non è stata confermata osservativamente a causa della rarità sia dei quasar che dei protocluster.
Per comprendere i protocluster nell'universo distante era necessario un campione osservativo più ampio. Un team che comprende astronomi dell'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, l'Università di Tokyo, la Graduate University for Advanced Studies, e altri istituti stanno ora conducendo un'indagine sistematica ad ampio campo senza precedenti di protocluster utilizzando la fotocamera a campo molto ampio del telescopio Subaru, Hyper Suprime-Cam (HSC). Analizzando i dati di questa indagine, il team ha già identificato quasi 200 regioni in cui le galassie si stanno radunando per formare protoammassi nell'universo primordiale 12 miliardi di anni fa.
Le stelle indicano i quasar e le galassie luminose (deboli) nella stessa epoca sono mostrate come cerchi (punti). La sovradensità della galassia rispetto alla densità media è mostrata dal contorno. I membri della coppia sono associati a regioni di galassie ad alta densità. Attestazione:NAOJ
Il team ha anche affrontato la relazione tra protocluster e quasar. Il team ha campionato 151 quasar luminosi alla stessa epoca dei protocluster HSC e con loro sorpresa ha scoperto che la maggior parte di quei quasar non sono vicini alle regioni sovradense delle galassie. Infatti, i loro quasar più luminosi evitano persino le regioni più dense delle galassie. Questi risultati suggeriscono che i quasar non sono un buon proxy per i protocluster e, cosa più importante, meccanismi diversi dalle fusioni galattiche potrebbero essere necessari per spiegare l'attività dei quasar. Per di più, poiché non hanno trovato molte galassie vicino ai quasar più luminosi, ciò potrebbe significare che la forte radiazione di un quasar sopprime la formazione di galassie nelle sue vicinanze.
D'altra parte, il team ha trovato due "coppie" di quasar che risiedono in protocluster. I quasar sono rari e le coppie sono ancora più rare. Il fatto che entrambe le coppie fossero associate a protocluster suggerisce che l'attività dei quasar è forse sincrona negli ambienti dei protocluster. "Siamo riusciti a scoprire per la prima volta un certo numero di protocluster nell'universo lontano e abbiamo assistito alla diversità degli ambienti dei quasar grazie alle nostre osservazioni ampie e profonde con HSC, ", afferma il leader della squadra Nobunari Kashikawa (NAOJ).
"Le osservazioni dell'HSC ci hanno permesso di studiare sistematicamente i protocluster per la prima volta". dice Jun Toshikawa, autore principale di un articolo che riporta la scoperta dei protocluster HSC, "I protocluster HSC aumenteranno costantemente man mano che l'indagine procede. Migliaia di protocluster situati a 12 miliardi di anni luce di distanza verranno trovati entro il termine delle osservazioni. Con queste nuove osservazioni chiariremo la storia della crescita dei protocluster".
