В 2012 году официально стартовала программа «Граничные поля космического телескопа им. Хаббла» (именуемая «Инициатива глубоких полей Хаббла 2012»). Цель этого проекта состояла в том, чтобы изучить самые слабые и самые отдаленные галактики во Вселенной, используя технику гравитационного линзирования, что позволило расширить наши знания о раннем образовании галактик. К 2017 году программа Frontier Field была завершена, и началась напряженная работа по анализу всех собранных данных.
Одной из наиболее интересных находок в данных Пограничных полей было открытие галактик малой массы с высокой скоростью звездообразования. После изучения «параллельных полей» для Abell 2744 и MACS J0416.1-2403 - двух галактических кластеров, изученных программой - пара астрономов отметила наличие того, что они называют «Маленькие синие точки» (LBDs), обнаружение что имеет значение для формирования галактик и шаровых скоплений.
Исследование, в котором подробно изложены их результаты, недавно появилось в Интернете под названием «Маленькие синие точки на полях космического телескопа Хаббла: предвестники шаровых скоплений?». Исследовательская группа состояла из доктора Дебры Мелой Элмегрин - профессора астрономии в Вассар-колледже - и доктора Брюса Элмегрина, астронома из исследовательского отдела IBM в T.J. Исследовательский центр Уотсона в Йорктаун Хайтс.
Проще говоря, программа Frontier Fields использовала космический телескоп Хаббла для наблюдения шести массивных скоплений галактик на оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах волн - с помощью усовершенствованной камеры для съемки (ACS) и широкоугольной камеры 3 (WFC3) соответственно. Эти массивные галактики использовались для увеличения и растяжения изображений удаленных галактик, расположенных позади них, которые в противном случае были слишком слабыми для того, чтобы Хаббл мог видеть их непосредственно (иначе говоря, гравитационное линзирование).
В то время как одна из этих камер Хаббла будет смотреть на галактическое скопление, другая одновременно будет видеть соседний участок неба. Эти соседние участки известны как «параллельные поля», иначе слабые области, которые обеспечивают некоторые из самых глубоких взглядов в раннюю Вселенную. Как сказал доктор Брюс Элмегрин в журнале Space Magazine по электронной почте:
«Цель программы HFF - сделать глубокие снимки 6 областей неба, где есть скопления галактик, потому что эти скопления увеличивают фоновые галактики благодаря эффекту гравитационной линзы. Таким образом, мы можем видеть дальше, чем просто с помощью прямого изображения только неба. Многие галактики были изучены с использованием этого метода увеличения. Скопления галактик важны, потому что они имеют большие массовые концентрации, которые создают сильные гравитационные линзы ».
Эти шесть скоплений галактик, использованных для проекта, включали Abell 2744, MACS J0416.1-2403 и их параллельные поля, последние из которых были в центре внимания в этом исследовании. Эти и другие скопления были использованы для поиска галактик, которые существовали всего через 600-900 миллионов лет после Большого взрыва. Эти галактики и их соответствующие параллели уже были каталогизированы с использованием компьютерных алгоритмов, которые автоматически находят галактики на изображениях и определяют их свойства.
Как продолжает исследовательский дуэт в своих исследованиях, недавние крупномасштабные глубокие исследования позволили исследовать меньшие галактики с более высокими красными смещениями. К ним относятся «зеленый горошек» - светящиеся, компактные и маломассивные галактики с высокой удельной скоростью звездообразования - и даже более мелкие «голубики», небольшие звездные вспышки галактик, которые являются слабым продолжением зеленого горошка, которые также показывают интенсивные скорости звездообразования ,
Используя вышеупомянутые каталоги и исследуя параллельные поля для Abell 2744 и MACS J0416.1-2403, команда искала другие примеры галактик с малой массой и высокой скоростью звездообразования. Цель этого состояла в том, чтобы измерить свойства этих карликовых галактик и посмотреть, соответствует ли какое-либо из их положений тому, где образовались шаровые скопления.
То, что они нашли, было то, что они называли «Маленькими синими точками» (LBS), которые даже являются версиями «черники» меньшей массы. Дебра Элмегрин сказала Space Magazine по электронной почте:
«Когда я изучал изображения (в каждом поле обнаружено около 3400 галактик), я заметил случайные галактики, которые выглядели как маленькие синие точки, что было очень интригующим из-за предыдущей теоретической работы Брюса над галактиками-карликами. Опубликованные каталоги включали красные смещения, скорости звездообразования и массы для каждой галактики, и оказалось, что маленькие голубые точки - это галактики с малой массой с очень высокой скоростью звездообразования для их массы ».
Эти галактики не показывали структуру, поэтому Дебра и Брюс сгруппировали изображения галактик в 3 различных диапазона красного смещения (что составило около 20 галактик каждая) для создания более глубоких изображений. «Тем не менее, они не показали структуры или слабого расширенного внешнего диска, - сказал Дебра, - поэтому они имеют предел разрешения, со средним размером 100-200 парсек (около 300-600 световых лет) и массой в несколько миллионов раз масса нашего солнца.
В конце концов, они определили, что внутри этих LBD скорость образования звезд была очень высокой. Они также отметили, что эти карликовые галактики были очень молоды, составляя менее 1% возраста Вселенной на момент их наблюдения. «Таким образом, крошечные галактики только что сформировались, - сказал Брюс, - и их скорость звездообразования достаточно высока, чтобы учесть шаровые скопления, возможно, по одной в каждой LBD, когда звезды в них вспыхивают, уменьшаясь через несколько десятков миллионов лет. »
Дебра и Брюс Элмегрин не привыкли к галактикам с высоким красным смещением. Еще в 2012 году Брюс опубликовал статью, в которой предполагалось, что шаровые скопления, которые вращаются вокруг Млечного Пути (и большинство других галактик), образовались в карликовых галактиках во время ранней Вселенной. Эти карликовые галактики с тех пор были бы приобретены более крупными галактиками, такими как наша, и скопления, по сути, являются их остатками.
Шаровые скопления - это по существу массивные звездные скопления, которые вращаются вокруг гало Млечного Пути. Как правило, они составляют около 1 миллиона солнечных масс и состоят из очень старых звезд - где-то порядка 10-13 миллиардов лет. За Млечным Путем многие появляются на общих орбитах и в Галактике Андромеды, некоторые даже связаны между собой потоком звезд.
Как объяснил Брюс, его убедительный аргумент в пользу теории о том, что шаровые скопления образовались из карликовых галактик в ранней Вселенной:
«Это говорит о том, что бедные металлом шаровые скопления представляют собой плотные остатки маленьких галактик, которые были захвачены большими галактиками, такими как Млечный путь, и разорваны на части приливными силами. Эта идея о происхождении гало шаровых скоплений восходит к нескольким десятилетиям ... Это будет только бедный металлом такой, который составляет примерно половину, потому что карликовые галактики бедны металлом по сравнению с большими галактиками, и они были также больше металла бедных в ранней вселенной ».
Это исследование имеет много последствий для нашего понимания того, как развивалась Вселенная, что было главной целью программы Hubble Frontier Fields. Исследуя объекты в ранней Вселенной и определяя их свойства, ученые могут определить, как на самом деле пришли структуры, с которыми мы знакомы сегодня - то есть звезды, галактики, скопления и т. Д.
Эти же исследования также позволяют ученым делать обоснованные предположения о том, куда движется Вселенная и что станет с теми же структурами через миллионы или даже миллиарды лет. Короче говоря, зная, где мы были, мы можем предсказать, куда мы направляемся!
