Leta 2012 je bil Mejna polja Hubblovega vesoljskega teleskopa program (tudi Hubble Deep Fields Initiative 2012) se je uradno začel. Namen tega projekta je bil preučiti najbolj šibke in najbolj oddaljene galaksije v vesolju z uporabo gravitacijske leče tehniko, s čimer smo izboljšali naše znanje o zgodnjem nastajanju galaksij. Do leta 2017 se je program Frontier Field zaključil in začelo se je trdo delo pri analizi vseh podatkov, ki jih je zbral.
Ena izmed bolj zanimivih najdb v podatkih Frontier Fields je bilo odkritje galaksij majhne mase z visoko stopnjo nastajanja zvezd. Po pregledu »vzporednih polj« za Abell 2744 in MACS J0416.1-2403 – dve kopici galaksij, ki sta jih preučevali s programom – par astronomov je opazil prisotnost tega, kar imenujeta » Male modre pike ” (LBDs), ugotovitev, ki ima posledice za nastanek galaksij in kroglastih kopic.
Študija, ki podrobno opisuje njihove ugotovitve, se je pred kratkim pojavila na spletu pod naslovom ' Male modre pike na mejnih poljih vesoljskega teleskopa Hubble: predhodniki kroglastih kopic? “. Študijsko ekipo so sestavljale dr. Debra Meloy Elmegreen – profesorica astronomije na Vassar College – in dr. Bruce G. Elmegreen, astronom z IBM-ovega raziskovalnega oddelka pri T.J. Raziskovalni center Watson v Yorktown Heights.
Skupine galaksij Abell 2744, MACS J0416.1-2403, MACS J0717.5+3745, MACS J1149.5+2223, Abell S1063, Abell 370. Zasluge: NASA, ESA, STScI in ekipa HFF
Preprosto povedano, program Frontier Fields je uporabil vesoljski teleskop Hubble za opazovanje šestih masivnih kopic galaksij na optičnih in blizu infrardečih valovnih dolžinah – s svojim Napredna kamera za raziskave (ACS) in Široka kamera 3 (WFC3). Te masivne galaksije so bile uporabljene za povečanje in raztezanje slik oddaljenih galaksij, ki se nahajajo za njimi, ki so bile sicer prešibke, da bi jih Hubble lahko videl neposredno (tudi gravitacijske leče).
Medtem ko bi ena od teh Hubblovih kamer gledala v kopico galaksij, bi druga hkrati gledala sosednji del neba. Te sosednje zaplate so znane kot 'vzporedna polja', sicer šibka območja, ki zagotavljajo nekaj najglobljih pogledov v zgodnje vesolje. Kot je povedal dr. Bruce Elmegreen po elektronski pošti Universe Today:
»Namen programa HFF je posneti globoke slike 6 regij neba, kjer so kopice galaksij, ker te kopice povečajo galaksije v ozadju z učinkom gravitacijskih leč. Na ta način lahko vidimo dlje kot samo z neposrednim slikanjem neba. S to tehniko povečave so preučevali številne galaksije. Jate galaksij so pomembne, ker so velike masene koncentracije, ki tvorijo močne gravitacijske leče.
Teh šest galaksij, uporabljenih za projekt, je vključevalo Abell 2744, MACS J0416.1-2403 in njihova vzporedna polja, od katerih so bila slednja osrednja točka v tej študiji. Te in druge kopice so bile uporabljene za iskanje galaksij, ki so obstajale le 600 do 900 milijonov let po velikem poku. Te galaksije in njihove vzporednice so bile že katalogizirane z uporabo računalniških algoritmov, ki so samodejno našli galaksije na slikah in določili njihove lastnosti.
Slike jat galaksij MACS J0416.1–2403 in Abell 2744, posnete kot del programa Hubble Frontier Fields. Zasluge: NASA/ESA/HST Frontier Fields team (STScI)
Kot v svoji študiji razlaga raziskovalni duo, so nedavne obsežne globoke raziskave omogočile študije manjših galaksij pri višjih rdečih premikih. Sem spadajo »zeleni grah« – svetleče, kompaktne galaksije z nizko maso z visokimi specifičnimi stopnjami nastajanja zvezd – in celo manj masne »borovnice«, majhne galaksije z izbruhom zvezd, ki so šibek podaljšek zelenega graha, ki prav tako kažejo intenzivne stopnje nastajanja zvezd. .
Z uporabo zgoraj omenjenih katalogov in preučevanja vzporednih polj za Abell 2744 in MACS J0416.1-2403 je ekipa iskala druge primere galaksij z majhno maso z visoko stopnjo nastajanja zvezd. Namen tega je bil izmeriti lastnosti teh pritlikavih galaksij in ugotoviti, ali kateri od njihovih položajev ustreza mestu, kjer je znano, da so nastale kroglaste kopice.
Ugotovili so, kaj so poimenovali 'male modre pike' (LBS), ki so celo manjše različice 'borovnic'. Kot je povedala dr. Debra Elmegreen po elektronski pošti Universe Today:
»Ko sem pregledoval slike (v vsakem polju je odkritih približno 3400 galaksij), sem opazil občasne galaksije, ki so se pojavljale kot majhne modre pike, kar je bilo zelo zanimivo zaradi Bruceovega prejšnjega teoretičnega dela o pritlikavih galaksijah. Objavljeni katalogi so vključevali rdeče premike ter stopnje nastajanja zvezd in mase za vsako galaksijo, in izkazalo se je, da so majhne modre pike galaksije z nizko maso z zelo visokimi stopnjami nastajanja zvezd za svojo maso.
Pogled od blizu na vzporedno polje HFF, ki prikazuje LBD (zgoraj desno). Zasluge: Debra & Bruce Elmegreen
Te galaksije niso pokazale strukture, zato sta Debra in Bruce slike galaksij zložila v 3 različne razpone rdečega premika (ki se je izkazala za približno 20 galaksij vsaka), da bi ustvarila globlje slike. 'Še vedno niso pokazali nobene strukture ali šibkega razširjenega zunanjega diska,' je dejala Debra, 'zato so na meji ločljivosti, s povprečno velikostjo 100-200 parsekov (približno 300-600 svetlobnih let) in maso, ki je nekaj milijonov krat večja od masa našega sonca.'
Na koncu so ugotovili, da so bile stopnje nastajanja zvezd znotraj teh LBD zelo visoke. Ugotovili so tudi, da so bile te pritlikave galaksije zelo mlade, saj so bile manj kot 1 % starosti vesolja v času, ko so jih opazili. 'Torej so majhne galaksije pravkar nastale,' je dejal Bruce, 'in njihove stopnje nastajanja zvezd so dovolj visoke, da upoštevajo kroglaste kopice, morda eno v vsaki LBD, ko zvezda poči v njih, po nekaj deset milijonih let ugasnejo. ”
Debra in Bruce Elmegreen nista neznanka za galaksije z visokim rdečim premikom. Leta 2012 je Bruce objavil papir kar je nakazovalo, da so kroglaste kopice, ki krožijo okoli Rimske ceste (in večine drugih galaksij), nastale v pritlikavih galaksijah v zgodnjem vesolju. Te pritlikave galaksije bi od takrat pridobile večje galaksije, kot je naša, kopice pa so v bistvu njihovi ostanki.
Kroglaste kopice so v bistvu masivne zvezdne kopice, ki krožijo okoli Halo Rimske ceste. Običajno imajo okoli 1 milijon Sončevih mas in so sestavljene iz zvezd, ki so zelo stare – nekje od 10 do 13 milijard let. Onkraj Rimske ceste se mnogi pojavljajo v skupnih orbitah in v galaksiji Andromeda, nekateri se zdijo celo povezani s tokom zvezd.
Tri skupine LBD-jev, kjer so bile pritlikave galaksije zložene glede na njihov rdeči premik. Zasluge: Debra & Bruce Elmegreen
Kot je pojasnil Bruce, je to prepričljiv argument za teorijo, da so kroglaste kopice nastale iz pritlikavih galaksij v zgodnjem vesolju:
'To nakazuje, da so kroglaste kopice, revne s kovino, gosti ostanki majhnih galaksij, ki so jih zajele večje galaksije, kot je Rimska cesta, in jih raztrgale plimske sile. Ta ideja o nastanku kroglastih kopic halo sega več desetletij v preteklost ... Takšne bi bile le tiste, revne s kovino, ki jih je približno polovica vseh, saj so pritlikave galaksije v primerjavi z velikimi galaksijami revne s kovino, in so bile tudi bolj revnih kovin v zgodnjem vesolju.'
Ta študija ima številne posledice za naše razumevanje razvoja vesolja, kar je bil glavni cilj programa Hubble Frontier Fields. S preučevanjem predmetov v zgodnjem vesolju in določanjem njihovih lastnosti lahko znanstveniki ugotovijo, kako so dejansko nastale strukture, ki jih poznamo danes – to so zvezde, galaksije, kopice itd.
Te iste študije znanstvenikom omogočajo tudi ugibanja o tem, kam gre Vesolje in kaj se bo s temi istimi strukturami zgodilo čez milijone ali celo milijarde let. Skratka, če vemo, kje smo bili, lahko napovemo, kam smo namenjeni!
Nadaljnje branje: arXiv