Nel 2012 è iniziato ufficialmente il programma Hubble Space Telescope Frontier Fields (alias Hubble Deep Fields Initiative 2012). Lo scopo di questo progetto era di studiare le galassie più deboli e distanti nell'Universo usando la tecnica della lente gravitazionale, facendo avanzare così la nostra conoscenza della prima formazione di galassie. Entro il 2017, il programma Frontier Field si concluse e iniziò il duro lavoro di analisi di tutti i dati raccolti.
Una delle scoperte più interessanti all'interno dei dati di Frontier Fields è stata la scoperta di galassie a bassa massa con alti tassi di formazione stellare. Dopo aver esaminato i "campi paralleli" per Abell 2744 e MACS J0416.1-2403 - due ammassi di galassie studiati dal programma - una coppia di astronomi ha notato la presenza di quelli che chiamano "Little Blue Dots" (LBD) che ha implicazioni per la formazione di galassie e ammassi globulari.
Lo studio che dettaglia i loro risultati è apparso di recente online sotto il titolo "Little Blue Dots in the Hubble Space Telescope Frontier Fields: Precursors to Globular Clusters?". Il gruppo di studio era composto dal dott. Debra Meloy Elmegreen - professore di astronomia al Vassar College - e dal dott. Bruce G. Elmegreen, astronomo della IBM Research Division presso il T.J. Watson Research Center a Yorktown Heights.
Per dirla semplicemente, il programma Frontier Fields ha utilizzato il telescopio spaziale Hubble per osservare sei enormi ammassi di galassie alle lunghezze d'onda ottica e del vicino infrarosso - con rispettivamente la sua Advanced Camera for Surveys (ACS) e Wide Field Camera 3 (WFC3). Queste enormi galassie venivano utilizzate per ingrandire e allungare le immagini di galassie remote situate dietro di esse, che altrimenti sarebbero state troppo deboli per essere viste direttamente da Hubble (alias lente gravitazionale).
Mentre una di queste telecamere Hubble guardava un ammasso di galassie, l'altra vedeva contemporaneamente una macchia di cielo adiacente. Queste patch adiacenti sono conosciute come "campi paralleli", altrimenti regioni deboli che forniscono alcuni degli sguardi più profondi nell'universo primordiale. Come il Dr. Bruce Elmegreen ha detto a Space Magazine via e-mail:
“Lo scopo del programma HFF è quello di acquisire immagini profonde di 6 regioni del cielo in cui vi sono gruppi di galassie, poiché questi gruppi ingrandiscono le galassie di fondo attraverso l'effetto lente gravitazionale. In questo modo, possiamo vedere oltre all'immagine diretta del solo cielo. Molte galassie sono state studiate usando questa tecnica di ingrandimento. I gruppi di galassie sono importanti perché sono grandi concentrazioni di massa che producono lenti gravitazionali forti. "
Questi sei ammassi di galassie utilizzati per il progetto includevano Abell 2744, MACS J0416.1-2403 e i loro campi paralleli, i cui ultimi erano il punto focale di questo studio. Questi e gli altri ammassi furono usati per trovare galassie che esistevano da 600 a 900 milioni di anni dopo il Big Bang. Queste galassie e i loro rispettivi parallelismi erano già stati catalogati usando algoritmi informatici che trovavano automaticamente le galassie nelle immagini e ne determinavano le proprietà.
Mentre il duo di ricerca continua a spiegare nel loro studio, recenti sondaggi approfonditi su larga scala hanno consentito studi di galassie più piccole con spostamenti verso il rosso più alti. Questi includono "piselli" - galassie luminose, compatte e di bassa massa con alti tassi di formazione stellare specifici - e persino "mirtilli" di massa inferiore, piccole galassie di starburst che sono una debole estensione dei piselli che mostrano anche tassi intensi di formazione di stelle .
Utilizzando i cataloghi di cui sopra ed esaminando i campi paralleli per Abell 2744 e MACS J0416.1-2403, il team è andato alla ricerca di altri esempi di galassie a bassa massa con alti tassi di formazione stellare. Lo scopo era quello di misurare le proprietà di queste galassie nane e di vedere se una delle loro posizioni concordava con la posizione in cui si sono formati ammassi globulari.
Ciò che hanno scoperto è stato quello che hanno chiamato "Little Blue Dots" (LBS), che sono anche versioni di massa inferiore di "mirtilli". Debra Elmegreen ha detto a Space Magazine via e-mail:
"Quando stavo esaminando le immagini (in ogni campo sono state rilevate circa 3400 galassie), ho notato occasionali galassie che apparivano come piccoli punti blu, il che è stato molto interessante a causa del precedente lavoro teorico di Bruce sulle galassie nane. I cataloghi pubblicati includevano spostamenti in rosso, tassi di formazione stellare e masse per ogni galassia, e risulta che i piccoli punti blu sono galassie a bassa massa con tassi di formazione stellare molto alti per la loro massa. "
Queste galassie non hanno mostrato la struttura, quindi Debra e Bruce hanno impilato le immagini delle galassie in 3 diverse gamme di spostamento verso il rosso (che hanno funzionato a circa 20 galassie ciascuna) per creare immagini più profonde. "Tuttavia non hanno mostrato alcuna struttura o debole disco esterno esteso", ha detto Debra, "quindi sono al limite della risoluzione, con dimensioni medie di 100-200 parsec (circa 300-600 anni luce) e masse di pochi milioni di volte il massa del nostro sole. "
Alla fine, hanno determinato che all'interno di questi LBD, i tassi di formazione stellare erano molto alti. Hanno anche notato che queste galassie nane erano molto giovani, essendo meno dell'1% dell'età dell'Universo al momento in cui sono state osservate. "Quindi le minuscole galassie si sono appena formate," ha detto Bruce, "e i loro tassi di formazione stellare sono abbastanza alti da tenere conto dei cluster globulari, forse uno in ogni LBD, quando la stella esplode in essi si esauriscono dopo alcune decine di milioni di anni. ”
Debra e Bruce Elmegreen non sono estranei alle galassie ad alto spostamento verso il rosso. Nel 2012, Bruce pubblicò un articolo che suggeriva che i cluster globulari che orbitano attorno alla Via Lattea (e la maggior parte delle altre galassie) si formassero in galassie nane durante il primo Universo. Queste galassie nane sarebbero state acquisite da galassie più grandi come la nostra, e i cluster sono essenzialmente i loro resti.
Gli ammassi globulari sono ammassi stellari essenzialmente enormi che orbitano attorno alla Via Lattea. Sono in genere circa 1 milione di masse solari e sono costituite da stelle molto antiche, da qualche parte dell'ordine di 10-13 miliardi di anni. Oltre la Via Lattea, molti appaiono in orbite comuni e nella Galassia di Andromeda, alcuni sembrano persino collegati da un flusso di stelle.
Come ha spiegato Bruce, il suo è un argomento convincente per la teoria secondo cui ammassi globulari formati da galassie nane nell'universo primordiale:
“Ciò suggerisce che i cluster globulari poveri di metalli sono i resti densi di piccole galassie che sono state catturate da galassie più grandi, come la Via Lattea, e lacerate dalle forze di marea. Questa idea per l'origine degli ammassi globulari dell'alone risale a diversi decenni ... Sarebbe solo quella povera di metalli che è così, che è circa la metà del totale, perché le galassie nane sono povere di metallo rispetto alle grandi galassie, ed erano anche più poveri di metalli nell'universo primordiale. "
Questo studio ha molte implicazioni per la nostra comprensione di come si è evoluto l'Universo, che era l'obiettivo principale del programma Hubble Frontier Fields. Esaminando gli oggetti nell'universo primordiale e determinandone le proprietà, gli scienziati sono in grado di determinare come le strutture che conosciamo oggi - cioè stelle, galassie, ammassi, ecc. - provengono davvero.
Questi stessi studi consentono anche agli scienziati di formulare ipotesi su dove sta andando l'Universo e su cosa diventerà di quelle stesse strutture tra milioni o miliardi di anni da oggi. In breve, sapere dove siamo stati ci permette di prevedere dove siamo diretti!
