Vuonna 2012 Hubble Space Telescope Frontier Fields -ohjelma (alias Hubble Deep Fields Initiative 2012) käynnistyi virallisesti. Tämän projektin tarkoituksena oli tutkia universumin hapeimpia ja kauimpia galakseja gravitaatiolinssitekniikan avulla, siten edistääksemme tietoa varhaisten galaksien muodostumisesta. Vuoteen 2017 mennessä Frontier Field -ohjelma päättyi, ja kova työ kaikkien sen keräämien tietojen analysoinnissa alkoi.
Yksi mielenkiintoisimmista löytöistä Frontier Field -datasta on ollut alhaisen massan galaksien löytäminen, joilla on korkeat tähdet. Tutkittuaan Abell 2744: n ja MACS J0416.1-2403: n "rinnakkaiskentät" - kaksi ohjelman tutkimaa galaksiklusteria - pari tähtitieteilijöitä totesi, mitä he viittaavat "pieniin sinisiin pisteisiin" (LBD), havainto jolla on vaikutuksia galaktien muodostumiseen ja globaaleihin klustereihin.
Tutkimusta, joka selvittää heidän havaintonsa, ilmestyi äskettäin verkossa otsikolla “Pikku siniset pisteet Hubble-avaruusteleskoopin raja-alueilla: edeltäjät globaaleille klustereille?”. Tutkimusryhmään kuuluivat tohtori Debra Meloy Elmegreen - Vassarin yliopiston tähtitieteen professori - ja tohtori Bruce G. Elmegreen, joka oli T.J. Watsonin tutkimuskeskus Yorktown Heightsissa.
Yksinkertaisesti sanottuna, Frontier Fields -ohjelma käytti Hubble Space Telescopea kuuden massiivisen galaktiklusterin tarkkailemiseen optisella ja lähellä infrapuna-aallonpituudella - Advanced Camera for Surveys (ACS) ja Wide Field Camera 3 (WFC3) -laitteilla. Näitä massiivisia galakseja käytettiin suurentamaan ja venyttämään kuvia niiden takana sijaitsevista kauko-galakseista, jotka olivat muuten liian heikot Hubblen näkemiseksi suoraan (aka. Painovoimaobjektiivi).
Vaikka yksi näistä Hubble-kameroista katsoisi galaksiklusteria, toinen näyttäisi samanaikaisesti viereisen taivaanpisteen. Näitä vierekkäisiä pisteitä kutsutaan ”rinnakkaisiksi kentiksi”, muuten heikot alueet, jotka tarjoavat syvimmän katsauksen varhaiseen maailmankaikkeuteen. Kuten tohtori Bruce Elmegreen kertoi Space Magazinelle sähköpostitse:
”HFF-ohjelman tarkoituksena on ottaa syviä kuvia kuudesta taivaan alueesta, joilla on galaksiryhmiä, koska nämä klusterit suurentavat taustagalakseja gravitaatiolinssitehosteen kautta. Tällä tavoin voimme nähdä enemmän kuin vain suoraan taivaan kuvaamisella. Monia galakseja on tutkittu käyttämällä tätä suurennustekniikkaa. Galaksiklusterit ovat tärkeitä, koska ne ovat suuria massakonsentraatioita, jotka tekevät vahvoista painovoimalinsseistä. "
Näihin kuuteen galaksin klustereihin, joita käytettiin projektin hyväksi, sisältyi Abell 2744, MACS J0416.1-2403 ja niiden rinnakkaiskentät, joista jälkimmäiset olivat tämän tutkimuksen painopiste. Näitä ja muita klustereita käytettiin galaksien löytämiseen, joita oli vain 600–900 miljoonaa vuotta suuren iskun jälkeen. Nämä galaksit ja niiden vastaavat rinnat olivat jo luetteloitu tietokonealgoritmeilla, jotka löysivät automaattisesti galaksit kuvista ja määrittivät niiden ominaisuudet.
Kuten tutkimus duo jatkaa selittämistään tutkimuksessaan, viimeaikaiset laajat syvätutkimukset ovat mahdollistaneet pienempien galaksien tutkimuksen korkeammalla punasiirtymällä. Näitä ovat ”vihreät herneet” - valoisat, pienikokoiset ja pienimassat galaksit, joilla on suuret ominaistähtien muodostumisnopeudet - ja vielä pienemmän massan “mustikat”, pienet tähtipuhtaat galaksit, jotka ovat vihreiden herneiden heikko jatke, jotka osoittavat myös voimakkaita tähtiä .
Tutkimalla yllä mainittuja luetteloita ja tutkimalla Abell 2744: n ja MACS J0416.1-2403: n rinnakkaiskenttiä, ryhmä etsiä muita esimerkkejä pienimassan galakseista, joilla on korkea tähtimuodostusnopeus. Tämän tarkoituksena oli mitata näiden kääpiögalaktioiden ominaisuuksia ja nähdä, onko jokin heidän asemastaan sopusoinnussa sen kanssa, missä pyöreiden klustereiden tiedetään muodostuvan.
He löysivät mitä he kutsuttiin nimellä “Pikku sininen piste” (LBS), jotka ovat vieläkin pienemmän painon versioita “mustikoista”. Debra Elmegreen kertoi Space Magazinelle sähköpostitse:
”Tutkiessani kuvia (kullakin kentällä on havaittu noin 3400 galaksia), huomasin satunnaisia galakseja, jotka näyttivät pieninä sinisinä pisteinä, mikä oli erittäin kiehtovaa Bruce'n aiemman teoreettisen työn vuoksi kääpiögalakseleista. Julkaistut luettelot sisälsivät punasiirtymiä ja tähmien muodostumisnopeuksia ja massoja jokaiselle galaksille, ja osoittautui, että pienet siniset pisteet ovat pienimassaltaan galakseja, joiden massan tähdet ovat erittäin korkeat. "
Nämä galaksit eivät osoittaneet rakennetta, joten Debra ja Bruce pinottivat galaksien kuvat 3 eri puneumavälille (joka työskenteli noin 20 galaksissa molemmissa) syvempien kuvien luomiseksi. "Silti heillä ei ollut rakennetta tai heikkoa laajennettua ulkoista levyä", sanoi Debra, "joten ne ovat erottelukyvyn rajalla, keskimääräiset koot ovat 100-200 parsekkia (noin 300-600 valovuotta) ja massat ovat muutama miljoona kertaa suurempi kuin massa aurinkoomme. ”
Loppujen lopuksi he totesivat, että näissä LBD: ssä tähtien muodostumisnopeudet olivat erittäin korkeat. He huomauttivat myös, että nämä kääpiögalaksit olivat hyvin nuoria, ollessa alle 1% maailmankaikkeuden ikäisistä silloin, kun niitä havaittiin. "Joten pienet galaksit vain muodostuivat, sanoi Bruce," ja niiden tähmien muodostumisnopeudet ovat riittävän korkeat ottamaan huomioon globaalit klusterit, ehkä yksi jokaisessa LBD: ssä, kun tähtipurskeessa ne tuulentuvat muutaman kymmenen miljoonan vuoden kuluttua. ”
Debra ja Bruce Elmegreen eivät ole vieraita korkean punaisen siirtymän galakseissa. Vuonna 2012 Bruce julkaisi paperin, jossa ehdotettiin, että Linnunradan (ja useimpien muiden galaksien) kiertävät ympyräklusterit muodostuivat kääpiögalaksegeissa varhaisen maailmankaikkeuden aikana. Nämä kääpiögalaktikot olisivat sittemmin hankkineet suuremmilla galakseilla, kuten oma, ja rypät ovat pohjimmiltaan niiden jäänteitä.
Globular klusterit ovat pääosin massiivisia tähtiklustereita, jotka kiertävät Linnunradan halon ympärillä. Ne ovat tyypillisesti noin miljoona auringon massaa ja koostuvat tähtiistä, jotka ovat hyvin vanhoja - jossain luokkaa 10–13 miljardia vuotta. Linnunradan ulkopuolella monet esiintyvät yleisillä kiertoradalla ja Andromedan galaksissa, jotkut jopa näkyvät yhdistyneinä tähtivirtaan.
Kuten Bruce selitti, hänen on pakottava argumentti sille teorialle, jonka mukaan kääpiöklusterit muodostuivat kääpiögalaksekseista varhaisessa maailmankaikkeudessa:
”Tämä viittaa siihen, että metalli-köyhät globaalit klusterit ovat pienten galaksien tiheitä jäännöksiä, jotka on vangittu suurempiin galakseihin, kuten Linnunrata, ja jotka ovat vuorovesivoimien repeämät. Tämä idea halogenooristen klustereiden alkuperästä juontaa juurensa useita vuosikymmeniä ... Tällaisia olisi vain metalli-köyhiä, jotka ovat noin puolet kokonaismäärästä, koska kääpiögalaktikot ovat metallihuonoja verrattuna isoihin galakseihin, ja ne olivat myös enemmän metallihuonoa varhaisessa universumissa. ”
Tällä tutkimuksella on monia vaikutuksia ymmärrykseemme maailmankaikkeuden kehityksestä, mikä oli Hubble Frontier Fields -ohjelman päätavoite. Tutkimalla varhaisessa maailmankaikkeudessa olevia esineitä ja määrittämällä niiden ominaisuudet tutkijat kykenevät selvittämään, kuinka tänään tutut rakenteet - ts. Tähdet, galaksit, klusterit jne. - todella syntyivät.
Nämä samat tutkimukset antavat myös tutkijoille mahdollisuuden tehdä koulutettuja arvauksia siitä, mihin maailmankaikkeus on menossa ja mitä tulee näistä samoista rakenteista miljoonien tai jopa miljardien vuosien kuluttua. Lyhyesti sanottuna tietämällä missä olemme olleet, voimme ennustaa mihin olemme siirtymässä!
