През 2012 г. програмата за космически телескопи Hubble Frontier Fields (известна още като Инициатива за дълбоки полета на Hubble 2012) официално стартира. Целта на този проект беше да проучи най-слабите и най-отдалечени галактики във Вселената, използвайки техниката на гравитационно лещиране, като по този начин усъвършенства нашите знания за ранното формиране на галактики. До 2017 г. програмата Frontier Field приключи и започна упоритата работа по анализирането на всички събрани данни.
Една от по-интересните находки в рамките на данните на Пограничните полета е откриването на галактики с ниска маса с високи скорости на формиране на звезди. След като разгледа „паралелните полета“ за Abell 2744 и MACS J0416.1-2403 - два галактически клъстера, проучени от програмата - двойка астрономи отбеляза наличието на това, което наричат „малки сини точки“ (LBDs), откритие което има значение за формирането на галактики и кълбовидните клъстери.
Изследването, което подробно разкрива техните открития, се появи наскоро онлайн под заглавието „Малки сини точки в граничните полета на космическия телескоп Хъбъл: предшественици на кълбовидните клъстери?“. Изследователският екип се състоеше от д-р Дебра Мелой Елмегрейн - професор по астрономия в колежа Васар - и д-р Брус Г. Елмегрейн, астроном от отдела за изследвания на IBM в T.J. Изследователски център Уотсън в Йорктаун Хайтс.
По-просто казано, програмата Frontier Fields използва космическия телескоп Хъбъл за наблюдение на шест масивни галактически клъстера при оптична и близка до инфрачервена дължина на вълната - със своята Advanced Camera for Surveys (ACS) и Wide Field Camera 3 (WFC3), съответно. Тези масивни галактики бяха използвани за увеличаване и разтягане на изображения на отдалечени галактики, разположени зад тях, които иначе бяха твърде слаби, за да може Хъбъл да се вижда директно (известен още като гравитационно обективиране).
Докато една от тези камери на Хъбъл щеше да гледа на галактически клъстер, другата ще гледа едновременно съседна петна от небето. Тези съседни пластири са известни като „паралелни полета“, в противен случай слаби региони, които осигуряват някои от най-дълбоките погледи в ранната Вселена. Както д-р Брус Елмегрейн каза за сп. „Спейс“ по имейл:
„Целта на програмата HFF е да направи дълбоки изображения на 6 области на небето, където има струпвания от галактики, защото тези клъстери увеличават фоновите галактики чрез ефекта на гравитационната леща. По този начин можем да видим по-далеч, отколкото само с директно изобразяване само на небето. Много галактики са изследвани с помощта на тази техника за увеличение. Групите от галактики са важни, тъй като те са големи масови концентрации, които правят силни гравитационни лещи. "
Тези шест галактически клъстера, използвани за проекта, включваха Abell 2744, MACS J0416.1-2403 и техните паралелни полета, последното от които беше основна точка в това проучване. Тези и другите клъстери са били използвани за намиране на галактики, съществували само 600 до 900 милиона години след Големия взрив. Тези галактики и съответните им паралели вече бяха каталогизирани с помощта на компютърни алгоритми, които автоматично намираха галактики в изображенията и определяха техните свойства.
Докато изследователският дует продължава да обяснява в своето проучване, последните мащабни дълбоки проучвания дават възможност за проучвания на по-малки галактики при по-високи червени смени. Те включват „зелен грах“ - светещи, компактни и с ниска маса галактики с високи специфични скорости на образуване на звезди - и дори „боровинки“ с по-ниска маса, малки звездни звезди, които са слабо разширение на зеления грах, които също показват интензивни темпове на образуване на звезди ,
Използвайки гореспоменатите каталози и изследвайки паралелните полета за Abell 2744 и MACS J0416.1-2403, екипът започна да търси други примери за галактики с ниска маса с висока скорост на образуване на звезди. Целта на това беше да се измери свойствата на тези джудже галактики и да се провери дали някоя от техните позиции, според мястото, където са известни кълбовидните клъстери.
Откриха това, което наричаха „малки сини точки“ (LBSs), които са дори по-ниско разположени версии на „боровинки“. Дебра Елмгрейн каза пред сп. Space Magazine по имейл:
„Когато разглеждах изображенията (има около 3400 галактики, засечени във всяко поле), забелязах от време на време галактики, които се появиха като малки сини точки, което беше много интригуващо заради предишната теоретична работа на Брус за джудже галактики. Публикуваните каталози включват червени измествания и темпове на образуване на звезди и маси за всяка галактика и се оказва, че малките сини точки са галактики с ниска маса и много високи звездни форми за тяхната маса. "
Тези галактики не показаха структура, така че Дебра и Брус подредиха изображенията на галактики в 3 различни диапазона на червено изместване (които работеха до около 20 галактики всяка), за да създадат по-дълбоки изображения. „Все пак те не са показали структура или слаб разширен външен диск,“ каза Дебра, „така че те са на границата на разделителната способност, със средни размери 100-200 парсекса (около 300-600 светлинни години) и маси от няколко милиона пъти повече от маса на нашето слънце. "
В крайна сметка те определиха, че в рамките на тези LBD нивата на образуване на звезди са много високи. Те също така отбелязват, че тези джудже галактики са били много млади, като са били под 1% възрастта на Вселената към момента, в който са били наблюдавани. „Значи малките галактики току-що са се образували“, казва Брус, „и скоростите им на образуване на звезди са достатъчно високи, за да отчитат кълбовидните клъстери, може би по един във всеки LBD, когато звездата, която се спука в тях, се навива след няколко десетки милиона години. "
Дебра и Брус Елмегрейн не са непознати за високите галактики на червено изместване. През 2012 г. Брус публикува документ, който предполага, че кълбовидните клъстери, които обикалят около Млечния път (и повечето други галактики), са се образували в галактики джудже по време на ранната Вселена. Тези джудже галактики щяха да бъдат придобити от по-големи галактики като нашата собствена и клъстерите по същество са техните останки.
Кълбовидните клъстери са по същество масивни звездни струпвания, които обикалят около орбитата на Млечния път. Те обикновено са около 1 милион слънчеви маси и са съставени от много стари звезди - някъде от порядъка на 10 до 13 милиарда години. Отвъд Млечния път много от тях се появяват в обща орбита и в галактиката Андромеда, някои дори изглеждат свързани от поток звезди.
Както обясни Брус, неговият убедителен аргумент е за теорията, че кълбовидните клъстери са се образували от галактики джуджета в ранната Вселена:
„Това предполага, че кълбовидните клъстери, бедни на метали, са плътните останки от малки галактики, превзети от по-големи галактики, като Млечния път, и разкъсани от приливни сили. Тази идея за произхода на ореолите кълбови клъстери се връща няколко десетилетия ... Само тези бедни на метали са такива, които са около половината от общото, защото джуджетата галактики са бедни на метали в сравнение с големите галактики, и те също бяха повече бедни на метал в ранната Вселена. "
Това проучване има много последици за нашето разбиране за това как еволюира Вселената, което беше основната цел на програмата Hubble Frontier Fields. Чрез изследване на обекти в ранната Вселена и определяне на техните свойства учените успяват да определят как истински произлизат структурите, с които сме запознати днес - т.е. звезди, галактики, клъстери и др.
Същите тези изследвания също позволяват на учените да правят познати къде отива Вселената и какво ще стане от същите тези структури милиони или дори милиарди години. Накратко, знанието къде сме били, ни позволява да прогнозираме накъде сме се насочили!
