În 2012, programul Hubble Space Telescope Frontier Fields (alias Hubble Deep Fields Initiative 2012) a început oficial. Scopul acestui proiect a fost studierea celor mai slabe și mai îndepărtate galaxii din Univers folosind tehnica lentilelor gravitaționale, avansând astfel cunoștințele noastre despre formarea timpurie a galaxiilor. Până în 2017, programul Frontier Field s-a încheiat, iar munca grea de analiză a tuturor datelor colectate a început.
Una dintre descoperirile mai interesante din datele Frontier Fields a fost descoperirea galaxiilor cu masă mică, cu rate mari de formare a stelelor. După ce au examinat „câmpurile paralele” pentru Abell 2744 și MACS J0416.1-2403 - două grupuri de galaxie studiate de program - o pereche de astronomi au remarcat prezența a ceea ce ei numesc „Little Blue Dots” (LBDs), o constatare care are implicații pentru formarea galaxiilor și grupurile globulare.
Studiul care detaliază descoperirile lor a apărut recent pe internet sub titlul „Little Blue Dots in Hubble Space Telescope Field Frontier Fields: Precursors to Globular Clusters?”. Echipa de studiu a fost formată din dr. Debra Meloy Elmegreen - profesor de astronomie la Colegiul Vassar - și Dr. Bruce G. Elmegreen, astronom cu divizia de cercetare IBM la T.J. Centrul de cercetare Watson din Yorktown Heights.
Pentru a spune simplu, programul Frontier Fields a folosit Telescopul spațial Hubble pentru a observa șase grupuri de galaxii masive la lungimi de undă optice și aproape de infraroșu - cu Camera avansată pentru sondaje (ACS) și, respectiv, cu Wide Field Camera 3 (WFC3). Aceste galaxii masive au fost folosite pentru a mări și întinde imaginile galaxiilor îndepărtate situate în spatele lor, care altfel erau prea slabe pentru ca Hubble să poată vedea direct (de asemenea, obiectivul gravitațional).
În timp ce una dintre aceste camere Hubble ar privi un cluster de galaxie, cealaltă ar vedea simultan un petic de cer adiacent. Aceste patch-uri adiacente sunt cunoscute sub numele de „câmpuri paralele”, altfel regiuni slabe care oferă unele dintre cele mai adânci aspect în Universul timpuriu. După cum a spus dr. Bruce Elmegreen, Space Magazine prin e-mail:
„Scopul programului HFF este de a realiza imagini profunde cu 6 regiuni ale cerului unde există ciorchini de galaxii, deoarece aceste grupuri măresc galaxiile de fundal prin efectul gravitațional al lentilei. În acest fel, putem vedea mai departe decât doar cu imagini directe doar ale cerului. Multe galaxii au fost studiate folosind această tehnică de mărire. Grupurile de galaxii sunt importante, deoarece sunt concentrații mari de masă care fac lentile gravitaționale puternice. "
Aceste șase grupuri de galaxie utilizate în scopul proiectului includ Abell 2744, MACS J0416.1-2403 și câmpurile lor paralele, acestea din urmă fiind punctul central al acestui studiu. Acestea și celelalte clustere au fost folosite pentru a găsi galaxii care au existat la doar 600 până la 900 de milioane de ani după Big Bang. Aceste galaxii și paralelele lor respective au fost deja catalogate folosind algoritmi de calculator care au găsit automat galaxii în imagini și le-au determinat proprietățile.
După cum se explică în studiul lor, studiul recent pe scară largă recentă a permis studiile asupra galaxiilor mai mici la redshift-uri mai mari. Acestea includ „mazăre verde” - galaxii luminoase, compacte și cu masă mică, cu rate de formare stele specifice ridicate - și chiar „afine” de masă inferioară, galaxii mici de stea care sunt o extensie slabă a mazărelor verzi, care prezintă, de asemenea, rate intense de formare a stelelor. .
Folosind cataloagele menționate mai sus și examinând câmpurile paralele pentru Abell 2744 și MACS J0416.1-2403, echipa a căutat alte exemple de galaxii cu masă redusă, cu rate mari de formare a stelelor. Scopul acestui lucru a fost de a măsura proprietățile acestor galaxii pitice și de a vedea dacă se știe că s-au format grupuri dintre pozițiile lor.
Ceea ce au găsit a fost ceea ce au numit „Little Blue Dots” (LBS), care sunt chiar și versiuni de masă inferioară ale „afine”. Debra Elmegreen a declarat pentru Space Magazine prin e-mail:
„Când am examinat imaginile (sunt detectate aproximativ 3400 de galaxii în fiecare câmp), am observat galaxii ocazionale care apăreau ca niște puncte albastre, ceea ce era foarte interesant din cauza lucrărilor teoretice anterioare ale lui Bruce asupra galaxiilor pitice. Cataloagele publicate includ redshift-urile și ratele de formare a stelelor și mase pentru fiecare galaxie și se dovedește că micile puncte albastre sunt galaxii cu masă mică, cu rate foarte mari de formare a stelelor pentru masa lor. "
Aceste galaxii nu au prezentat structura, astfel încât Debra și Bruce au stivuit imaginile galaxiilor în 3 game diferite de redshift (care au rezolvat aproximativ 20 de galaxii fiecare) pentru a crea imagini mai profunde. „Cu toate acestea, nu au arătat nicio structură sau un disc extern slab extins”, a spus Debra, „așa că sunt la limita rezoluției, cu dimensiuni medii de 100-200 parsecs (aproximativ 300-600 de ani-lumină) și mase de câteva milioane de ori mai mari masa soarelui nostru. "
În cele din urmă, ei au stabilit că în cadrul acestor LBD, ratele de formare a stelelor erau foarte mari. Ei au remarcat, de asemenea, că aceste galaxii pitice erau foarte tinere, având mai puțin de 1% vârsta Universului în momentul în care au fost observate. „Așa că galaxiile minuscule tocmai s-au format, a spus Bruce,„ și ratele lor de formare a stelelor sunt suficient de mari pentru a ține cont de aglomerațiile globulare, poate una din fiecare LBD, când steaua izbucnește în ele, după câteva zeci de milioane de ani. “
Debra și Bruce Elmegreen nu sunt străini ai galaxiilor ridshift. În 2012, Bruce a publicat o lucrare care sugera că grupurile globulare care orbitează Calea Lactee (și majoritatea celorlalte galaxii) s-au format în galaxiile pitice în timpul Universului timpuriu. De atunci, aceste galaxii pitice ar fi fost dobândite de galaxii mai mari ca ale noastre, iar grupările sunt în esență rămășițele lor.
Grupurile globulare sunt în esență grupuri masive de stele care orbitează în jurul Halo-ului Calea Lactee. Ele sunt de obicei aproximativ 1 milion de mase solare și sunt alcătuite din stele care sunt foarte vechi - undeva de ordinul a 10 - 13 miliarde de ani. Dincolo de Calea Lactee, multe apar pe orbitele comune și în Galaxia Andromeda, unele chiar apar conectate de un flux de stele.
După cum a explicat Bruce, acesta este un argument convingător pentru teoria conform căreia grupurile globulare s-au format din galaxiile pitice din Universul timpuriu:
„Acest lucru sugerează că grupurile globulare sărace din metal sunt resturile dense ale galaxiilor mici care au fost capturate de galaxii mai mari, precum Calea Lactee, și distruse de forțele de maree. Această idee pentru originea grupurilor globale halo se întoarce de câteva zeci de ani ... Ar fi doar cea săracă din metal care este așa, care este cam jumătate din total, deoarece galaxiile pitice sunt sărace din metal în comparație cu galaxiile mari și au fost și ele mai mult sărac în metal în universul timpuriu. ”
Acest studiu are multe implicații pentru înțelegerea modului în care a evoluat Universul, care a fost scopul principal al programului Hubble Frontier Fields. Examinând obiectele din Universul timpuriu și determinând proprietățile acestora, oamenii de știință sunt capabili să determine modul în care au venit cu adevărat structurile cu care suntem familiari astăzi - adică stele, galaxii, ciorchini etc.
Aceste aceleași studii permit, de asemenea, oamenilor de știință să facă ghiciri educate despre unde se duce Universul și ce va deveni din aceleași structuri de milioane sau chiar miliarde de ani de acum încolo. Pe scurt, să știm unde am fost ne permite să prezicem spre ce ne îndreptăm!
