W 2012 r. Oficjalnie rozpoczął się program Hubble Space Telescope Frontier Fields (alias. Hubble Deep Fields Initiative 2012). Celem tego projektu było zbadanie najsłabszych i najodleglejszych galaktyk we Wszechświecie przy użyciu techniki soczewkowania grawitacyjnego, poszerzając w ten sposób naszą wiedzę na temat wczesnego powstawania galaktyk. Do 2017 r. Program Frontier Field zakończył się i rozpoczęła się ciężka praca nad analizowaniem wszystkich zebranych danych.
Jednym z bardziej interesujących znalezisk w danych dotyczących pól granicznych było odkrycie galaktyk o niskiej masie i wysokich prędkościach formowania się gwiazd. Po zbadaniu „równoległych pól” dla Abell 2744 i MACS J0416.1-2403 - dwóch gromad galaktyk zbadanych przez program - para astronomów zauważyła obecność czegoś, co nazywają „małymi niebieskimi kropkami” (LBD). co ma wpływ na tworzenie galaktyk i gromad kulistych.
Badanie, które szczegółowo opisuje ich odkrycia, pojawiło się niedawno w Internecie pod tytułem „Małe niebieskie kropki w obszarach granicznych teleskopu kosmicznego Hubble'a: prekursory gromad kulistych?”. Zespół badawczy składał się z dr Debra Meloy Elmegreen - profesor astronomii w Vassar College - oraz dr Bruce G. Elmegreen, astronom z IBM Research Division w T.J. Centrum Badań Watson w Yorktown Heights.
Mówiąc najprościej, program Frontier Fields wykorzystał Kosmiczny Teleskop Hubble'a do obserwacji sześciu masywnych gromad galaktyk o długościach fal optycznych i bliskiej podczerwieni - odpowiednio z Zaawansowaną kamerą do badań (ACS) i Wide Field Camera 3 (WFC3). Te masywne galaktyki zostały użyte do powiększenia i rozciągnięcia obrazów odległych galaktyk znajdujących się za nimi, które w przeciwnym razie byłyby zbyt słabe, aby Hubble mógł je zobaczyć bezpośrednio (czyli soczewkowanie grawitacyjne).
Podczas gdy jedna z tych kamer Hubble'a patrzyłaby na gromadę galaktyk, druga jednocześnie widziałaby sąsiednią plamę nieba. Te sąsiednie łaty są znane jako „równoległe pola”, inaczej słabe regiony, które zapewniają jedne z najgłębszych spojrzeń na wczesny Wszechświat. Jak dr Bruce Elmegreen powiedział Space Magazine pocztą elektroniczną:
„Celem programu HFF jest robienie głębokich zdjęć 6 obszarów nieba, w których znajdują się gromady galaktyk, ponieważ gromady te powiększają galaktyki tła poprzez efekt soczewki grawitacyjnej. W ten sposób możemy zobaczyć coś więcej niż tylko bezpośrednie zobrazowanie samego nieba. Wiele galaktyk zostało przebadanych przy użyciu tej techniki powiększania. Gromady galaktyk są ważne, ponieważ mają duże stężenia masy, które tworzą silne soczewki grawitacyjne. ”
Te sześć gromad galaktyk użytych na potrzeby projektu obejmowało Abell 2744, MACS J0416.1-2403 i ich równoległe pola, z których te ostatnie były centralnym punktem tego badania. Te i inne gromady zostały wykorzystane do znalezienia galaktyk, które istniały zaledwie 600 do 900 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Te galaktyki i odpowiadające im podobieństwa zostały już skatalogowane przy użyciu algorytmów komputerowych, które automatycznie znajdowały galaktyki na obrazach i określały ich właściwości.
Jak wyjaśnia duet badawczy w swoich badaniach, ostatnie głębokie badania na dużą skalę umożliwiły badania mniejszych galaktyk przy wyższych przesunięciach ku czerwieni. Należą do nich „zielony groszek” - świecące, zwarte i galaktyki o małej masie z wysokimi specyficznymi prędkościami formowania się gwiazd - a nawet „jagody” o mniejszej masie, małe galaktyki gwiazdowe, które są słabym przedłużeniem zielonego groszku, które również wykazują intensywne tempo formowania się gwiazd .
Korzystając z wyżej wymienionych katalogów i badając równoległe pola dla Abell 2744 i MACS J0416.1-2403, zespół szukał innych przykładów galaktyk o niskiej masie i wysokich prędkościach formowania się gwiazd. Celem tego było zmierzenie właściwości tych galaktyk karłowatych i sprawdzenie, czy którekolwiek z ich miejsc są zgodne z miejscem, w którym wiadomo, że powstały gromady kuliste.
Znaleźli to, co nazwali „Little Blue Dots” (LBS), które są jeszcze mniejszymi wersjami „jagód”. Debra Elmegreen powiedziała Space Magazine e-mailem:
„Kiedy badałem obrazy (na każdym polu wykryto około 3400 galaktyk), zauważyłem okazjonalne galaktyki, które wyglądały jak małe niebieskie kropki, co było bardzo intrygujące z powodu wcześniejszej teoretycznej pracy Bruce'a na temat galaktyk karłowatych. Opublikowane katalogi zawierały przesunięcia ku czerwieni oraz prędkości i masy formowania się gwiazd dla każdej galaktyki, i okazuje się, że małe niebieskie kropki to galaktyki o niskiej masie i bardzo wysokich szybkościach formowania się gwiazd w stosunku do ich masy. ”
Galaktyki te nie wykazywały struktury, więc Debra i Bruce ułożyli obrazy galaktyk w 3 różne zakresy przesunięcia ku czerwieni (które osiągnęły około 20 galaktyk każda), aby uzyskać głębsze obrazy. „Nadal nie wykazywały żadnej struktury ani słabo rozciągniętego dysku zewnętrznego”, powiedziała Debra, „więc są na granicy rozdzielczości, ze średnimi rozmiarami 100-200 parseków (około 300-600 lat świetlnych) i masami kilku milionów razy większymi masa naszego Słońca. ”
W końcu ustalili, że w tych LBD wskaźniki formowania się gwiazd były bardzo wysokie. Zauważyli również, że te galaktyki karłowate były bardzo młode, w momencie ich zaobserwowania były mniej niż 1% wieku Wszechświata. „Więc właśnie powstały maleńkie galaktyki: powiedział Bruce,„ a ich tempo formowania się gwiazd jest wystarczająco wysokie, aby uwzględnić gromady kuliste, być może jedną w każdym LBD, kiedy gwiazdy pękają w nich po kilkudziesięciu milionach lat. ”
Debra i Bruce Elmegreen nie są obcy galaktykom o wysokim przesunięciu ku czerwieni. W 2012 roku Bruce opublikował artykuł sugerujący, że gromady kuliste krążące wokół Drogi Mlecznej (i większości innych galaktyk) powstały w galaktykach karłowatych we wczesnym Wszechświecie. Te galaktyki karłowate zostałyby odtąd pozyskane przez większe galaktyki takie jak nasze, a gromady są w zasadzie ich pozostałościami.
Gromady kuliste są w gruncie rzeczy masywnymi gromadami gwiazd krążącymi wokół Halo Drogi Mlecznej. Zwykle mają one około 1 miliona mas Słońca i składają się z bardzo starych gwiazd - gdzieś w przedziale od 10 do 13 miliardów lat. Poza Drogą Mleczną wiele z nich pojawia się na wspólnych orbitach i w Galaktyce Andromedy, niektóre nawet połączone strumieniem gwiazd.
Jak wyjaśnił Bruce, jego argument jest przekonujący dla teorii, że gromady kuliste powstały z galaktyk karłowatych we wczesnym Wszechświecie:
„To sugeruje, że gromady kuliste ubogie w metale są gęstymi pozostałościami małych galaktyk, które zostały schwytane przez większe galaktyki, takie jak Droga Mleczna, i rozerwane przez siły pływowe. Pomysł powstania gromad kulistych halo sięga kilku dziesięcioleci… Byłby to taki ubogi w metal, który jest o połowę mniejszy, ponieważ galaktyki karłowate są ubogie w metal w porównaniu do dużych galaktyk, a także były więcej ubogich metali we wczesnym wszechświecie. ”
To badanie ma wiele implikacji dla naszego zrozumienia ewolucji Wszechświata, co było głównym celem programu Hubble Frontier Fields. Badając obiekty we wczesnym Wszechświecie i określając ich właściwości, naukowcy są w stanie ustalić, w jaki sposób faktycznie powstały znane nam struktury - tj. Gwiazdy, galaktyki, gromady itp.
Te same badania pozwalają także naukowcom zgadywać, dokąd zmierza Wszechświat i co stanie się z tych samych struktur za miliony, a nawet miliardy lat. Krótko mówiąc, wiedza o tym, gdzie byliśmy, pozwala nam przewidzieć, dokąd zmierzamy!
