בשנת 2012, ה טלסקופ החלל האבל שדות גבול התוכנית (המכונה יוזמת Hubble Deep Fields 2012) יצאה לדרך רשמית. מטרת פרויקט זה הייתה לחקור את הגלקסיות החלשות והרחקות ביותר ביקום באמצעות הגלקסיות עדשת כבידה טכניקה, ובכך לקדם את הידע שלנו על היווצרות גלקסיה מוקדמת. עד 2017, תוכנית Frontier Field הסתיימה, והעבודה הקשה של ניתוח כל הנתונים שאספה החלה.
אחד הממצאים היותר מעניינים בנתוני שדות הגבול היה גילוי של גלקסיות במסה נמוכה עם קצב היווצרות כוכבים גבוה. לאחר בחינת 'שדות מקבילים' עבור Abell 2744 ו-MACS J0416.1-2403 - שני צבירי גלקסיות שנחקרו על ידי התוכנית - זוג אסטרונומים ציין את נוכחותו של מה שהם מכנים ' נקודות כחולות קטנות ' (LBDs), ממצא שיש לו השלכות על היווצרות גלקסיות וצבירים כדוריים.
המחקר המפרט את ממצאיהם הופיע לאחרונה באינטרנט תחת הכותרת ' נקודות כחולות קטנות בשדות הגבול של טלסקופ החלל האבל: מבשרי צבירים כדוריים? '. צוות המחקר הורכב מד'ר דברה מלוי אלמגרין - פרופסור לאסטרונומיה ב מכללת ואסר - וד'ר ברוס ג'י אלמגרין, אסטרונום בחטיבת המחקר של IBM ב- T.J. מרכז המחקר של ווטסון ביורקטאון הייטס.
צבירי הגלקסיות Abell 2744, MACS J0416.1-2403, MACS J0717.5+3745, MACS J1149.5+2223, Abell S1063, Abell 370. קרדיט: NASA, ESA, STScI וצוות HFF
במילים פשוטות, תוכנית Frontier Fields השתמשה בטלסקופ החלל האבל כדי לצפות בשישה צבירי גלקסיות מסיביות באורכי גל אופטיים וכמעט אינפרא אדום - עם מצלמה מתקדמת לסקרים (ACS) ו מצלמת שדה רחב 3 (WFC3), בהתאמה. גלקסיות מסיביות אלו שימשו להגדלה ומתיחה של תמונות של גלקסיות מרוחקות הממוקמות מאחוריהן, שאחרת היו חלשות מכדי שהאבל יוכל לראות אותן ישירות (הידוע גם בשם עדשת כבידה).
בעוד שאחת ממצלמות האבל הללו תסתכל על צביר גלקסיות, השנייה תראה בו-זמנית חלקת שמים סמוכה. כתמים סמוכים אלו ידועים כ'שדות מקבילים', אחרת אזורים חלשים המספקים כמה מהמבטים העמוקים ביותר אל היקום המוקדם. כפי שאמר ד'ר ברוס אלמגרין ל- Universe Today באמצעות דואר אלקטרוני:
'מטרת תוכנית HFF היא לצלם תמונות עמוקות של 6 אזורים בשמים שבהם יש צבירי גלקסיות, מכיוון שצבירים אלה מגדילים גלקסיות רקע באמצעות אפקט עדשת הכבידה. בדרך זו, אנו יכולים לראות יותר מאשר רק באמצעות הדמיה ישירה של השמיים בלבד. גלקסיות רבות נחקרו באמצעות טכניקת הגדלה זו. צבירי הגלקסיות חשובים מכיוון שהם ריכוזי מסה גדולים שיוצרים עדשות כבידה חזקות.'
ששת צבירי הגלקסיות הללו ששימשו למען הפרויקט כללו את Abell 2744, MACS J0416.1-2403 והשדות המקבילים שלהם, שהאחרונים שבהם היו המוקד במחקר זה. צבירים אלה ואחרים שימשו למציאת גלקסיות שהתקיימו רק 600 עד 900 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול. הגלקסיות הללו והמקבילות שלהן כבר קוטלגו באמצעות אלגוריתמים ממוחשבים שמצאו באופן אוטומטי גלקסיות בתמונות וקבעו את תכונותיהן.
תמונות של צבירי הגלקסיות MACS J0416.1–2403 ו-Abell 2744, שצולמו כחלק מתוכנית Hubble Frontier Fields. קרדיט: צוות NASA/ESA/HST Frontier Fields (STScI)
כפי שצמד החוקרים ממשיך ומסביר במחקרם, סקרים עמוקים בקנה מידה גדול לאחרונה אפשרו מחקרים על גלקסיות קטנות יותר בהיסט לאדום גבוה יותר. אלה כוללים 'אפונה ירוקה' - גלקסיות זוהרות, קומפקטיות ומסות נמוכות עם שיעורי היווצרות כוכבים ספציפיים גבוהים - ואפילו 'אוכמניות' בעלות מסה נמוכה יותר, גלקסיות קטנות מתפרצות כוכבים המהוות שלוחה קלושה של האפונה הירוקה המציגות גם קצב יצירת כוכבים אינטנסיבי. .
באמצעות הקטלוגים האמורים, ובחינת השדות המקבילים עבור Abell 2744 ו-MACS J0416.1-2403, הצוות הלך לחפש דוגמאות אחרות של גלקסיות בעלות מסה נמוכה עם קצב היווצרות כוכבים גבוה. המטרה של זה הייתה למדוד את המאפיינים של הגלקסיות הננסיות הללו, ולראות אם כל מיקומן תואם את המקום שבו ידוע כי נוצרו צבירים כדוריים.
מה שהם מצאו זה מה שהם כינו 'נקודות כחולות קטנות' (LBSs), שהן גרסאות בעלות מסה נמוכה אפילו של 'אוכמניות'. כפי שד'ר דברה אלמגרין אמרה ליקום היום בדוא'ל:
'כשבדקתי את התמונות (בכל שדה מזוהות בערך 3400 גלקסיות), שמתי לב לגלקסיות מזדמנות שהופיעו כנקודות כחולות קטנות, מה שהיה מאוד מסקרן בגלל עבודתו התיאורטית הקודמת של ברוס על גלקסיות ננסיות. הקטלוגים שפורסמו כללו הסטה לאדום ושיעורי היווצרות כוכבים ומסות עבור כל גלקסיה, ומתברר שהנקודות הכחולות הקטנות הן גלקסיות במסה נמוכה עם קצב היווצרות כוכבים גבוה מאוד עבור המסה שלהן'.
תצוגת תקריב של שדה מקביל HFF, מראה LBD (מימין למעלה). קרדיט: דברה וברוס אלמגרין
הגלקסיות הללו לא הראו מבנה, אז דברה וברוס ערמו את התמונות של הגלקסיות ל-3 טווחים שונים של הסטה לאדום (שהסתכמו לכ-20 גלקסיות כל אחת) כדי ליצור תמונות עמוקות יותר. 'בכל זאת הם לא הראו מבנה או דיסק חיצוני מוארך קלוש,' אמרה דברה, 'לכן הם נמצאים בגבול הרזולוציה, עם גדלים ממוצעים של 100-200 פרסקים (כ-300-600 שנות אור) ומסות של פי כמה מיליוני מסת השמש שלנו.'
בסופו של דבר, הם קבעו שבתוך LBDs אלה, שיעורי היווצרות הכוכבים היו גבוהים מאוד. הם גם ציינו שהגלקסיות הננסיות הללו היו צעירות מאוד, כשהן פחות מ-1% מגיל היקום בזמן שהן נצפו. 'אז הגלקסיות הקטנטנות פשוט נוצרו,: אמר ברוס, 'וקצב היווצרות הכוכבים שלהן גבוה מספיק כדי להסביר את הצבירים הכדוריים, אולי אחד בכל LBD, כאשר הכוכב מתפרץ בהם מתפוגג לאחר כמה עשרות מיליוני שנים. ”
דברה וברוס אלמגרין אינם זרים לגלקסיות בהיסט לאדום גבוה. עוד ב-2012 פרסם ברוס נייר זה הציע שהצבירים הכדוריים המקיפים את שביל החלב (ורוב הגלקסיות האחרות) נוצרו בגלקסיות ננסיות במהלך היקום המוקדם. הגלקסיות הננסיות הללו היו נרכשות מאז על ידי גלקסיות גדולות יותר כמו שלנו, והצבירים הם בעצם השרידים שלהם.
צבירים כדוריים הם בעצם צבירי כוכבים מסיביים המקיפים את הילה של שביל החלב. הם בדרך כלל סביב מיליון מסות שמש והם מורכבים מכוכבים עתיקים מאוד - אי שם בסדר גודל של 10 עד 13 מיליארד שנים. מעבר לשביל החלב, רבים מופיעים במסלולים משותפים ובגלקסיית אנדרומדה, חלקם אף מופיעים מחוברים באמצעות זרם כוכבים.
שלוש הקבוצות של LBDs, שבהן הגלקסיות הננסיות נערמו על סמך ההיסט לאדום שלהן. קרדיט: דברה וברוס אלמגרין
כפי שברוס הסביר, הטיעון שלו הוא טיעון משכנע לתיאוריה לפיה צבירים כדוריים נוצרו מגלקסיות ננסיות ביקום המוקדם:
'זה מצביע על כך שהצבירים הכדוריים עניים במתכות הם שרידים צפופים של גלקסיות קטנות שנלכדו על ידי גלקסיות גדולות יותר, כמו שביל החלב, ונקרעו לגזרים על ידי כוחות גאות ושפל. הרעיון הזה למקורם של צבירי הילה כדוריים חוזר כמה עשורים אחורה... זה יהיה רק העניים במתכות שהם כאלה, שהם בערך מחצית מהכלל, מכיוון שגלקסיות ננסיות הן עניות במתכות בהשוואה לגלקסיות גדולות, והן היו גם יותר עניות מתכת ביקום המוקדם.'
למחקר הזה יש השלכות רבות על ההבנה שלנו כיצד היקום התפתח, שהייתה המטרה העיקרית של תוכנית שדות הגבולות של האבל. על ידי בחינת עצמים ביקום המוקדם, וקביעת תכונותיהם, מדענים מסוגלים לקבוע כיצד המבנים שאנו מכירים כיום - כלומר כוכבים, גלקסיות, צבירים וכו' - באמת הגיעו מהם.
אותם מחקרים גם מאפשרים למדענים לנחש ניחושים מושכלים לגבי לאן הולך היקום ומה יעלה בגורלם של אותם מבנים בעוד מיליוני או אפילו מיליארדי שנים. בקיצור, הידיעה היכן היינו מאפשרת לנו לחזות לאן פנינו מועדות!
לקריאה נוספת: arXiv