I 2012 startede Hubble Space Telescope Frontier Fields-programmet (alias Hubble Deep Fields Initiative 2012) officielt. Formålet med dette projekt var at studere de svageste og fjerneste galakser i universet ved hjælp af gravitationslinseteknikken og således fremme vores viden om dannelse af tidlig galakse. I 2017 pakket Frontier Field-programmet op, og det hårde arbejde med at analysere alle de data, det indsamlede, begyndte.
Et af de mere interessante fund inden for Frontier Fields-data har været opdagelsen af lavmasse-galakser med høje stjernedannelsesfrekvenser. Efter at have undersøgt de "parallelle felter" for Abell 2744 og MACS J0416.1-2403 - to galakse-klynger, der blev undersøgt af programmet, bemærkede et par astronomer tilstedeværelsen af det, de betegner som "Lille blå prikker" (LBD'er), en fund som har implikationer for dannelse af galakse og kugleformede klynger.
Undersøgelsen, der beskriver deres fund for nylig, blev vist online under titlen "Lille blå prikker i Hubble Space Telescope Frontier Fields: Precursors to Globular Clusters?". Studieteamet bestod af Dr. Debra Meloy Elmegreen - en professor i astronomi ved Vassar College - og Dr. Bruce G. Elmegreen, en astronom hos IBM Research Division ved T.J. Watson Research Center i Yorktown Heights.
Kort sagt anvendte programmet Frontier Fields Hubble-rumteleskopet til at observere seks massive galakse-klynger på henholdsvis optiske og næsten infrarøde bølgelængder - med dets Advanced Camera for Surveys (ACS) og Wide Field Camera 3 (WFC3). Disse massive galakser blev brugt til at forstørre og strække billeder af fjerntliggende galakser placeret bag dem, som ellers var for svage til at Hubble kunne se direkte (alias gravitationslinse).
Mens et af disse Hubble-kameraer ville se på en galakse-klynge, ville det andet samtidig se en tilstødende himmellapp. Disse tilstødende patches er kendt som ”parallelle felter”, ellers svage regioner, der giver nogle af de dybeste blik på det tidlige univers. Som Dr. Bruce Elmegreen fortalte Space Magazine via e-mail:
”Formålet med HFF-programmet er at tage dybe billeder af 6 regioner af himlen, hvor der er klynger af galakser, fordi disse klynger forstørrer baggrundsgalakser gennem gravitationslinsevirkningen. På denne måde kan vi se længere end blot med direkte billeddannelse af himlen alene. Mange galakser er blevet undersøgt ved hjælp af denne forstørrelsesteknik. Klyngerne af galakser er vigtige, fordi de er store massekoncentrationer, der skaber stærke gravitationslinser. ”
Disse seks galakse-klynger, der blev anvendt til projektets skyld, omfattede Abell 2744, MACS J0416.1-2403 og deres parallelle felter, hvoraf sidstnævnte var omdrejningspunktet i denne undersøgelse. Disse og de andre klynger blev brugt til at finde galakser, der eksisterede kun 600 til 900 millioner år efter Big Bang. Disse galakser og deres respektive paralleller var allerede blevet katalogiseret ved hjælp af computeralgoritmer, der automatisk fandt galakser i billederne og bestemte deres egenskaber.
Når forskningsduoen fortsætter med at forklare i deres undersøgelse, har nylige storskala dybe undersøgelser muliggjort undersøgelser af mindre galakser ved højere rødskift. Disse inkluderer ”grønne ærter” - lysende, kompakte og lavmasse galakser med høje specifikke stjernedannelseshastigheder - og endda lavere masser af ”blåbær”, små stjernebarstgalakser, der er en svag forlængelse af de grønne ærter, der også viser intense mængder af stjernedannelse .
Ved hjælp af de ovennævnte kataloger og undersøgelse af de parallelle felter til Abell 2744 og MACS J0416.1-2403 søgte teamet efter andre eksempler på galakser med lav masse med høje stjernedannelsesfrekvenser. Formålet med dette var at måle egenskaberne ved disse dværg galakser og se om nogen af deres positioner, der stemmer overens med hvor kugleklynger vides at have dannet sig.
Det, de fandt, var, hvad de kaldte “Little Blue Dots” (LBS), som endda er versioner med lavere masse af ”blåbær”. Debra Elmegreen fortalte Space Magazine via e-mail:
”Da jeg undersøgte billederne (der er registreret omkring 3400 galakser i hvert felt), bemærkede jeg lejlighedsvis galakser, der optrådte som små blå prikker, hvilket var meget spændende på grund af Bruces tidligere teoretiske arbejde med dværggalakser. De offentliggjorte kataloger omfattede rødskift og stjernedannelseshastigheder og masser for hver galakse, og det viser sig, at de små blå prikker er galakser med lav masse med meget høje stjernedannelsesgrader for deres masse. ”
Disse galakser viste ikke struktur, så Debra og Bruce stablede billederne af galakser i 3 forskellige rækkeskifter (som arbejdede op til ca. 20 galakser hver) for at skabe dybere billeder. ”De viste stadig ingen struktur eller svage udvidede udvendige diske,” sagde Debra, ”så de er ved opløsningsgrænsen, med gennemsnitlige størrelser på 100-200 parsecs (ca. 300-600 lysår) og masser på et par millioner gange det masse af vores sol. ”
I sidste ende bestemte de, at inden for disse LBD'er var stjernedannelseshastighederne meget høje. De bemærkede også, at disse dværggalakser var meget unge, idet de var mindre end 1% af universets alder på det tidspunkt, de blev observeret. ”Så de små galakser netop dannede sig: sagde Bruce,” og deres stjernedannelseshastigheder er høje nok til at redegøre for de kugleformede klynger, måske en i hver LBD, når stjernen brister i dem vinder ned efter et par titusinder af år. ”
Debra og Bruce Elmegreen er ikke fremmede for høje rødskift galakser. Tilbage i 2012 offentliggjorde Bruce et papir, der antydede, at de kugleformede klynger, der kredsede om Mælkevejen (og de fleste andre galakser) dannet i dværg galakser under det tidlige univers. Disse dværg galakser ville siden være erhvervet af større galakser som vores egne, og klyngerne er i det væsentlige deres rester.
Globulære klynger er i det væsentlige massive stjerne klynger, der kredser omkring Mælkevejen Halo. De er typisk omkring 1 million solmasser og består af stjerner, der er meget gamle - et sted i størrelsesordenen 10 til 13 milliarder år. Ud over Mælkevejen vises mange i almindelige kredsløb og i Andromeda-galaksen, nogle synes endda forbundet med en strøm af stjerner.
Som Bruce forklarede, er hans et overbevisende argument for teorien om, at kugleformede klynger dannet fra dværg galakser i det tidlige univers:
”Dette antyder, at de metalfattige kugleformede klynger er de tætte rester af små galakser, der blev fanget af større galakser, som Mælkevejen, og revet fra hinanden af tidevandsstyrker. Denne idé om oprindelsen af halo-kugleformede klynger går flere årtier tilbage ... Det ville kun være den metalfattige en, der er sådan, som er omkring halvdelen af det samlede antal, fordi dværggalakser er metalfattige sammenlignet med store galakser, og de var også mere metalfattigt i det tidlige univers. ”
Denne undersøgelse har mange implikationer for vores forståelse af, hvordan universet udviklede sig, hvilket var hovedmålet for Hubble Frontier Fields-programmet. Ved at undersøge objekter i det tidlige univers og bestemme deres egenskaber er videnskabsmænd i stand til at bestemme, hvordan de strukturer, som vi er bekendt med i dag - dvs. stjerner, galakser, klynger osv. - virkelig kom fra.
Disse samme undersøgelser tillader også forskere at uddanne gætte om, hvor universet går, og hvad der bliver af de samme strukturer, millioner eller endda milliarder af år fra nu. Kort sagt, ved at vide, hvor vi har været, lader os forudsige, hvor vi er på vej!
