2012 startade Hubble Space Telescope Frontier Fields-programmet (alias Hubble Deep Fields Initiative 2012) officiellt. Syftet med detta projekt var att studera de svagaste och mest avlägsna galaxerna i universumet med hjälp av gravitationslinsningstekniken och därigenom främja vår kunskap om tidig galaxbildning. År 2017 samlades Frontier Field-programmet in, och det hårda arbetet med att analysera all information som det samlade in började.
En av de mer intressanta upptäckterna inom Frontier Fields-uppgifterna har varit upptäckten av galaxer med låg massa med hög stjärnbildningsgrad. Efter att ha undersökt de "parallella fälten" för Abell 2744 och MACS J0416.1-2403 - två galaxkluster som studerats av programmet - konstaterade ett par astronomer närvaron av vad de kallar "Little Blue Dots" (LBD), en upptäckt vilket har konsekvenser för galaxbildningen och kulakluster.
Studien som beskriver deras resultat nyligen dök upp online under titeln "Little Blue Dots in the Hubble Space Telescope Frontier Fields: Precursors to Globular Clusters?". Studieteamet bestod av Dr. Debra Meloy Elmegreen - professor i astronomi vid Vassar College - och Dr. Bruce G. Elmegreen, en astronom vid IBM Research Division vid T.J. Watson Research Center i Yorktown Heights.
Kort sagt, programmet Frontier Fields använde Hubble Space Telescope för att observera sex massiva galaxkluster på optiska respektive nära infraröda våglängder - med sin Advanced Camera for Surveys (ACS) respektive Wide Field Camera 3 (WFC3). Dessa massiva galaxer användes för att förstora och sträcka bilder av avlägsna galaxer som ligger bakom dem som annars var för svaga för Hubble att se direkt (alias gravitationslinsning).
Medan en av dessa Hubble-kameror skulle titta på en galaxkluster, skulle den andra samtidigt visa en angränsande lapp av himmel. Dessa angränsande lappar är kända som "parallella fält", annars svaga regioner som ger några av de djupaste utsikterna i det tidiga universum. Som Dr. Bruce Elmegreen berättade för Space Magazine via e-post:
”Syftet med HFF-programmet är att ta djupa bilder av 6 regioner av himlen där det finns kluster av galaxer, eftersom dessa kluster förstorar bakgrundsgalaxer genom gravitationslinseffekten. På detta sätt kan vi se längre än bara med direkt avbildning av himlen ensam. Många galaxer har studerats med denna förstoringsteknik. Galaxernas kluster är viktiga eftersom de är stora masskoncentrationer som gör starka gravitationslinser. ”
Dessa sex galaxkluster som användes för projektets skull inkluderade Abell 2744, MACS J0416.1-2403 och deras parallella fält, varav de senare var fokuspunkten i denna studie. Dessa och de andra klusteren användes för att hitta galaxer som fanns bara 600 till 900 miljoner år efter Big Bang. Dessa galaxer och deras respektive paralleller hade redan katalogiserats med hjälp av datoralgoritmer som automatiskt hittade galaxer i bilderna och bestämde deras egenskaper.
När forskningsduon fortsätter att förklara i sin studie har nyligen storskaliga djupa undersökningar möjliggjort studier av mindre galaxer vid högre rödskift. Dessa inkluderar ”gröna ärtor” - lysande, kompakta och lågmassa galaxer med höga specifika stjärnbildningshastigheter - och till och med lägre massa ”blåbär”, små stjärna galaxer som är en svag förlängning av de gröna ärtorna som också visar intensiva hastigheter på stjärnbildningen .
Genom att använda de ovannämnda katalogerna och undersöka de parallella fälten för Abell 2744 och MACS J0416.1-2403, sökte teamet efter andra exempel på galaxer med låg massa med hög stjärnbildningsgrad. Syftet med detta var att mäta egenskaperna hos dessa dvärg galaxer, och att se om någon av deras positioner överensstämde med där kula kluster är kända för att ha bildats.
Vad de hittade var vad de kallade "Little Blue Dots" (LBS), som till och med är versioner av "blåbär" med lägre massa. Debra Elmegreen berättade för Space Magazine via e-post:
”När jag undersökte bilderna (det finns cirka 3400 galaxer upptäckta i varje fält), såg jag tillfälliga galaxer som verkade som små blå prickar, vilket var väldigt spännande på grund av Bruces tidigare teoretiska arbete med dvärggalaxier. De publicerade katalogerna inkluderade rödförskjutningar och stjärnbildningsgrader och massor för varje galax, och det visar sig att de små blå prickarna är galaxer med låg massa med mycket hög stjärnbildningsgrad för sin massa. ”
Dessa galaxer visade inte struktur, så Debra och Bruce staplade galaxbilderna i 3 olika rödskiftningsområden (som arbetade till cirka 20 galaxer vardera) för att skapa djupare bilder. ”Fortfarande visade de ingen struktur eller svag utbyggd ytterskiva,” sade Debra, ”så de är vid upplösningsgränsen, med medelstorlekar på 100-200 parsec (cirka 300-600 ljusår) och massor av några miljoner gånger vår solmassa. ”
I slutändan bestämde de sig att inom dessa LBD: er var stjärnbildningsgraden mycket hög. De noterade också att dessa dvärggalaxier var mycket unga och var mindre än 1% på universitetens ålder vid tiden då de observerades. ”Så de lilla galaxerna bildades just, säger Bruce,” och deras stjärnbildningsgrader är tillräckligt höga för att redogöra för de kulformiga klusterna, kanske en i varje LBD, när stjärnan brister i dem vindar ner efter några tiotals miljoner år. ”
Debra och Bruce Elmegreen är inga främlingar för höga röda skiftgalaxier. Redan 2012 publicerade Bruce ett papper som föreslog att de globulära kluster som kretsar kring Vintergatan (och de flesta andra galaxer) som bildades i dvärggalaxier under det tidiga universum. Dessa dvärggalaxer skulle sedan ha förvärvats av större galaxer som våra egna, och klustren är i huvudsak deras rester.
Globulära kluster är i huvudsak massiva stjärnkluster som går runt Milky Way Halo. De är vanligtvis cirka 1 miljon solmassor och består av stjärnor som är mycket gamla - någonstans i storleksordningen 10 till 13 miljarder år. Bortom mjölkvägen förekommer många i vanliga banor och i Andromeda-galaxen, vissa förefaller till och med anslutna av en ström av stjärnor.
Som Bruce förklarade, är hans ett övertygande argument för teorin om att kulakluster bildas från dvärggalaxier i det tidiga universum:
”Detta antyder att de metallfattiga globulära klustren är de täta resterna av små galaxer som fångades av större galaxer, som Vintergatan, och som sletts isär av tidvattenkrafter. Den här idén om ursprunget till glödkulor med halo går tillbaka flera decennier ... Det skulle bara vara den metallfattiga som är så här, som är ungefär hälften av det totala, eftersom dvärggalaxier är metallfattiga jämfört med stora galaxer, och de var också mer metallfattiga i det tidiga universum. ”
Denna studie har många konsekvenser för vår förståelse av hur universum utvecklades, vilket var huvudmålet för Hubble Frontier Fields-programmet. Genom att undersöka föremål i det tidiga universum och bestämma deras egenskaper kan forskare bestämma hur de strukturer som vi känner till idag - dvs stjärnor, galaxer, kluster etc. - verkligen kommer från.
Samma studier tillåter också forskare att göra utbildade gissningar om vart universum går och vad som kommer att bli av samma strukturer miljoner eller till och med miljarder år från och med nu. Kort sagt, genom att veta vart vi har varit kan vi förutspå vart vi är på väg!
