I 2012 startet offisielt Hubble Space Telescope Frontier Fields-programmet (aka. Hubble Deep Fields Initiative 2012). Hensikten med dette prosjektet var å studere de svakeste og fjerneste galaksene i universet ved hjelp av gravitasjonslinseteknikken, og dermed øke kunnskapen vår om tidlig galaksdannelse. I 2017 ble Frontier Field-programmet pakket sammen, og det harde arbeidet med å analysere alle dataene det samlet inn begynte.
Et av de mer interessante funnene i Frontier Fields-dataene har vært funnet av galakser med lav masse med høy stjernedannelsesgrad. Etter å ha undersøkt “parallelle felt” for Abell 2744 og MACS J0416.1-2403 - to galakse klynger studert av programmet - bemerket et par astronomer tilstedeværelsen av det de omtaler som “Little Blue Dots” (LBDs), et funn som har implikasjoner for galaksedannelse og kuleklynger.
Studien som beskriver funnene deres nylig ble vist på nettet under tittelen "Little Blue Dots in the Hubble Space Telescope Frontier Fields: Precursors to Globular Clusters?". Studieteamet besto av Dr. Debra Meloy Elmegreen - professor i astronomi ved Vassar College - og Dr. Bruce G. Elmegreen, en astronom ved IBM Research Division ved T.J. Watson Research Center i Yorktown Heights.
For å si det enkelt, brukte Frontier Fields-programmet Hubble Space Telescope for å observere seks massive galakse-klynger på henholdsvis optiske og nær-infrarøde bølgelengder - med Advanced Camera for Surveys (ACS) og Wide Field Camera 3 (WFC3). Disse massive galaksene ble brukt til å forstørre og strekke bilder av avsidesliggende galakser som ligger bak dem, som ellers var for svake for at Hubble kunne se direkte (også kjent som gravitasjonslinsing).
Mens et av disse Hubble-kameraene ville se på en galakse-klynge, ville de andre samtidig se på en tilstøtende himmellapp. Disse tilstøtende lappene er kjent som "parallelle felt", ellers svake regioner som gir noen av de dypeste utsiktene til det tidlige universet. Som Dr. Bruce Elmegreen fortalte Space Magazine via e-post:
Hensikten med HFF-programmet er å ta dype bilder av 6 regioner på himmelen der det er klynger av galakser, fordi disse klyngene forsterker bakgrunnsgalakser gjennom gravitasjonslinseffekten. På denne måten kan vi se lenger enn bare med direkte avbildning av himmelen alene. Mange galakser er blitt studert ved bruk av denne forstørrelsesteknikken. Klyngene av galakser er viktige fordi de er store massekonsentrasjoner som lager sterke gravitasjonslinser. ”
Disse seks galakse-klyngene som ble brukt for prosjektets skyld, inkluderte Abell 2744, MACS J0416.1-2403 og deres parallelle felt, hvor sistnevnte var midtpunktet i denne studien. Disse og de andre klyngene ble brukt til å finne galakser som eksisterte bare 600 til 900 millioner år etter Big Bang. Disse galaksene og deres respektive paralleller hadde allerede blitt katalogisert ved hjelp av datamaskinalgoritmer som automatisk fant galakser i bildene og bestemte deres egenskaper.
Når forskningsduoen fortsetter å forklare i studien, har nyere storskala dype undersøkelser muliggjort studier av mindre galakser ved høyere rødskift. Disse inkluderer “grønne erter” - lysende, kompakte og lavmasse galakser med høye spesifikke stjernedannelsesrater - og til og med lavere masse "blåbær", små stjernebarstgalakser som er en svak forlengelse av de grønne ertene som også viser intense hastigheter på stjernedannelse .
Ved å bruke de nevnte katalogene og undersøke de parallelle feltene for Abell 2744 og MACS J0416.1-2403, søkte teamet etter andre eksempler på galakser med lav masse med høy stjernedannelsesgrad. Hensikten med dette var å måle egenskapene til disse dverggalakseene, og se om noen av deres posisjoner stemmer overens med hvor kule klynger er kjent for å ha dannet seg.
Det de fant var det de omtalte som “Little Blue Dots” (LBS), som til og med er versjoner av lavere masse av “blåbær”. Debra Elmegreen fortalte Space Magazine via e-post:
"Da jeg undersøkte bildene (det er omtrent 3400 galakser oppdaget i hvert felt), la jeg merke til sporadiske galakser som fremsto som små blå prikker, noe som var veldig spennende på grunn av Bruces tidligere teoretiske arbeid med dverggalakser. De publiserte katalogene inkluderte rødskift og stjernedannelsesrater og -masser for hver galakse, og det viser seg at de små blå prikkene er lavmasse galakser med svært høye stjernedannelsesgrader for deres masse. ”
Disse galaksene viste ikke struktur, så Debra og Bruce stablet bildene av galakser i 3 forskjellige røde skiftområder (som jobbet til omtrent 20 galakser hver) for å lage dypere bilder. "Fortsatt viste de ingen struktur eller besvimte utvidet ytre disk," sa Debra, "så de er på grensen av oppløsningen, med gjennomsnittlige størrelser på 100-200 parsec (ca. 300-600 lysår) og masser på noen få millioner ganger massen av solen vår. "
Til slutt bestemte de at innenfor disse LBD-ene var stjernedannelsesgraden veldig høy. De bemerket også at disse dverggalakseene var veldig unge, og var mindre enn 1% av universets alder på det tidspunktet de ble observert. "Så de bittesmå galaksene nettopp dannet seg, sa Bruce," og deres stjernedannelsesfrekvenser er høye nok til å forklare de kuleklyngene, kanskje en i hver LBD, når stjernen sprekker i dem avvikler etter noen titalls millioner år. ”
Debra og Bruce Elmegreen er ikke fremmede for høye rødforskyvningsgalakser. Tilbake i 2012 publiserte Bruce et papir som antydet at de kuleklyngene som gikk i bane rundt Melkeveien (og de fleste andre galakser) dannet i dverggalakser under det tidlige universet. Disse dverggalaksene ville siden blitt anskaffet av større galakser som våre egne, og klyngene er i hovedsak deres rester.
Globulære klynger er i hovedsak massive stjerneklynger som går i bane rundt Melkeveien. De er typisk rundt 1 million solmasser og består av stjerner som er veldig gamle - et sted i størrelsesorden 10 til 13 milliarder år. Utover Melkeveien vises mange i vanlige baner og i Andromeda-galaksen, noen til og med tilkobles av en strøm av stjerner.
Som Bruce forklarte, er hans et overbevisende argument for teorien om at kuleklynger dannet seg fra dverggalakser i det tidlige universet:
“Dette antyder at de metallfattige kuleklyngene er de tette restene av små galakser som ble fanget opp av større galakser, som Melkeveien, og ble revet fra hverandre av tidevannskrefter. Denne ideen om opprinnelsen til glødende kuleklynger går flere tiår tilbake ... Det ville bare være den metallfattige en som er slik, som er omtrent halvparten av den totale, fordi dverggalakser er metallfattige sammenlignet med store galakser, og de var også mer metallfattige i det tidlige universet. ”
Denne studien har mange implikasjoner for vår forståelse av hvordan universet utviklet seg, som var hovedmålet med Hubble Frontier Fields-programmet. Ved å undersøke objekter i det tidlige universet og bestemme deres egenskaper, er forskere i stand til å bestemme hvordan strukturene som vi er kjent med i dag - dvs. stjerner, galakser, klynger osv. - virkelig kom fra.
Disse samme studiene lar også forskere gjøre utdannede gjetninger om hvor universet skal og hva som vil bli av de samme strukturene millioner eller til og med milliarder av år fra nå. Kort sagt, å vite hvor vi har vært, lar oss forutsi hvor vi er på vei!
