Näkeminen on uskomista, paitsi silloin, kun et usko näkemäänsä. NASAn Hubble-avaruusteleskooppia käyttävät tähtitieteilijät ovat löytäneet hämmentävän valokaaren äärimmäisen massiivisen galaksijoukon takaa, joka sijaitsee 10 miljardin valovuoden päässä. NASAn Spitzer-avaruusteleskoopin löytämä galaktinen ryhmä havaittiin sellaisena kuin se oli, kun maailmankaikkeus oli noin neljännes nykyisestä 13,7 miljardin vuoden iästä.
Jättimäinen kaari on venytetty muoto kauempana olevasta galaksista, jonka valoa vääristää hirviöjoukon voimakas painovoima, jota kutsutaan gravitaatiolinssiksi. Ongelmana on, että kaaria ei pitäisi olla olemassa.
'Kun näin sen ensimmäisen kerran, tuijotin sitä ja ajattelin, että se katoaisi', sanoi tutkimuksen johtaja Anthony Gonzalez Floridan yliopistosta Gainesvillestä, jonka tiimiin kuuluu tutkijoita NASAn Jet Propulsion Laboratorysta Pasadenassa, Kaliforniassa. Tilastollisen analyysin perusteella valokaarien pitäisi olla erittäin harvinaisia tällä etäisyydellä. Tuolla varhaisella aikakaudella odotetaan, että joukon takana ei ole tarpeeksi kirkkaita galakseja, jotta ne olisivat nähtävissä, vaikka ne olisivat 'linssoitu' tai joukon vääristämiä. Toinen ongelma on, että galaksijoukot muuttuvat vähemmän massiiviksi mitä pidemmälle ajassa mennään. Joten on vaikeampaa löytää klusteria, jonka massa on riittävän hyvä linssi kaukaisen galaksin valon painovoiman taivuttamiseksi.'
Galaksiklusterit ovat satojen tai tuhansien galaksien kokoelmia, joita painovoima sitoo yhteen. Ne ovat universumimme massiivisimpia rakenteita. Tähtitieteilijät tutkivat usein galaksijoukkoja etsiäkseen niiden takana olevia kaukaisia, suurennettuja galakseja, jotka muuten olisivat liian hämäriä teleskooppien avulla. Monia tällaisia gravitaatiolinssejä galakseja on löydetty galaksijoukkojen takaa lähempänä maata.
Tämän Hubble-havainnon yllätys havaitsee galaksin, jonka linssi on äärimmäisen kaukana olevan joukon. IDCS J1426.5+3508 -niminen klusteri on massiivinen tuolloin löydetty, ja se painaa jopa 500 biljoonaa aurinkoa. Se on 5-10 kertaa suurempi kuin muut maailmankaikkeuden historian varhaisessa vaiheessa löydetyt klusterit. Tiimi havaitsi klusterin haulla käyttäen NASAn Spitzer-avaruusteleskooppia yhdessä arkistoitujen optisten kuvien kanssa, jotka on otettu osana National Optical Astronomy Observatoryn Deep Wide Field Survey -tutkimusta Kitt Peakin kansallisessa observatoriossa, Tucsonissa, Arizissa. Yhdistetyt kuvat antoivat heille mahdollisuuden nähdä klusterin erittäin punaisten galaksien ryhmänä, mikä osoittaa, että ne ovat kaukana.
Tämä ainutlaatuinen järjestelmä muodostaa kaukaisimman klusterin, jonka tiedetään 'isännöivän' jättiläistä gravitaatiolinssillä varustettua kaaria. Tämän muinaisen gravitaatiokaaren löytäminen voi antaa käsityksen siitä, kuinka alkuräjähdyksen jälkeisinä ensimmäisinä hetkinä luotiin olosuhteet massiivisten klustereiden kasvulle varhaisessa universumissa.
Valokaari havaittiin klusterin optisissa kuvissa vuonna 2010, jonka Hubble's Advanced Camera for Surveys otti. Hubblen Wide Field Camera 3:n infrapunaominaisuudet auttoivat varmistamaan tarkan etäisyyden, mikä vahvisti sen olevan yksi kaukaisimmista tähän mennessä löydetyistä klustereista.
Kun tähtitieteilijät määrittelivät klusterin etäisyyden, he käyttivät Hubblea, CARMA-radioteleskooppia (Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy) ja NASA:n Chandra-röntgenobservatoriota osoittaakseen itsenäisesti, että galaktinen ryhmä on erittäin massiivinen.
'Todennäköisyys löytää tällainen jättimäinen klusteri niin aikaisin universumista oli alle yksi prosentti pienellä tutkimallamme alueella', sanoi tiimin jäsen Mark Brodwin Missouri-Kansas Cityn yliopistosta. 'Sillä on yhteinen evoluutiopolku joidenkin massiivisimpien nykyään näkemiemme klustereiden kanssa, mukaan lukien Coma-klusteri ja äskettäin löydetty El Gordo -klusteri.'
Kaaren analyysi paljasti, että linssiobjekti on tähtiä muodostava galaksi, joka oli olemassa 10–13 miljardia vuotta sitten. Tiimi toivoo voivansa käyttää Hubblea uudelleen saadakseen tarkemman etäisyyden linssillä olevaan galaksiin.
Ryhmän tuloksia kuvataan kolmessa asiakirjassa, jotka ilmestyvät verkossa tänään ja julkaistaan 10. heinäkuuta 2012 Astrophysical Journal -lehdessä. Gonzalez on ensimmäinen kirjoittaja yhdellä paperilla; Brodwin toisella; ja Adam Stanford Kalifornian yliopistosta Davisissa, kolmannella. Daniel Stern ja Peter Eisenhardt JPL:stä ovat yhteiskirjoittajia kaikissa kolmessa paperissa.
Pääkuvan kuvateksti:Nämä NASAn Hubble-avaruusteleskoopin ottamat kuvat osoittavat sinisen valokaaren äärimmäisen massiivisen galaksijoukon takana, joka sijaitsee 10 miljardin valovuoden päässä. Kuvan luotto: NASA/ESA/Floridan yliopisto, Gainsville/Missouri-Kansas City/UC Davis