Vào năm 2012, chương trình Kính viễn vọng Không gian Kính viễn vọng Hubble (hay còn gọi là Sáng kiến Trường sâu Hubble 2012) đã chính thức khởi động. Mục đích của dự án này là nghiên cứu các thiên hà mờ nhất và xa nhất trong Vũ trụ bằng cách sử dụng kỹ thuật thấu kính hấp dẫn, do đó nâng cao kiến thức của chúng ta về sự hình thành thiên hà sớm. Vào năm 2017, chương trình Frontier Field đã kết thúc và công việc khó khăn để phân tích tất cả dữ liệu mà nó thu thập được bắt đầu.
Một trong những phát hiện thú vị hơn trong dữ liệu của Frontier Field là phát hiện ra các thiên hà có khối lượng thấp với tỷ lệ hình thành sao cao. Sau khi kiểm tra các trường song song của máy, vì vậy, Abell 2744 và MACS J0416.1-2403 - hai cụm thiên hà được chương trình nghiên cứu - một cặp nhà thiên văn học đã ghi nhận sự hiện diện của những gì họ gọi là Little Little Dots Dots (LBDs), một phát hiện trong đó có ý nghĩa đối với sự hình thành thiên hà và các cụm cầu.
Nghiên cứu mô tả chi tiết những phát hiện của họ gần đây đã xuất hiện trực tuyến dưới tựa đề Little Little Blue Dots trong Kính viễn vọng Không gian Kính viễn vọng Hubble: Tiền thân của Cụm sao hình cầu? Nhóm nghiên cứu bao gồm Tiến sĩ Debra Meloy Elmegreen - giáo sư thiên văn học tại Vassar College - và Tiến sĩ Bruce G. Elmegreen, một nhà thiên văn học thuộc Bộ phận Nghiên cứu của IBM tại T.J. Trung tâm nghiên cứu Watson ở Yorktown Heights.
Nói một cách đơn giản, chương trình Frontier Field đã sử dụng Kính viễn vọng Không gian Hubble để quan sát sáu cụm thiên hà khổng lồ ở bước sóng quang và gần hồng ngoại - với Máy ảnh Khảo sát Nâng cao (ACS) và Máy ảnh Trường rộng 3 (WFC3), tương ứng. Những thiên hà khổng lồ này được sử dụng để phóng to và kéo dài hình ảnh của các thiên hà xa xôi nằm phía sau chúng, quá mờ để Hubble có thể nhìn thấy trực tiếp (hay còn gọi là thấu kính hấp dẫn).
Mặc dù một trong những máy ảnh Hubble này sẽ nhìn vào cụm thiên hà, nhưng camera còn lại sẽ đồng thời xem một mảng trời liền kề. Các bản vá liền kề này được gọi là các trường song song trên mạng, nếu không, các khu vực mờ nhạt cung cấp một số hình ảnh sâu sắc nhất vào Vũ trụ ban đầu. Như Tiến sĩ Bruce Elmegreen đã nói với Tạp chí Không gian qua email:
Mục đích của chương trình HFF là chụp ảnh sâu của 6 vùng trên bầu trời nơi có các cụm thiên hà, bởi vì các cụm này phóng to các thiên hà nền thông qua hiệu ứng thấu kính hấp dẫn. Theo cách này, chúng ta có thể nhìn xa hơn chỉ bằng hình ảnh trực tiếp của bầu trời. Nhiều thiên hà đã được nghiên cứu sử dụng kỹ thuật phóng đại này. Các cụm thiên hà rất quan trọng vì chúng có nồng độ khối lượng lớn tạo ra các thấu kính hấp dẫn mạnh.
Sáu cụm thiên hà này được sử dụng cho mục đích của dự án bao gồm Abell 2744, MACS J0416.1-2403 và các trường song song của chúng, sau này là đầu mối trong nghiên cứu này. Những cụm này và các cụm khác đã được sử dụng để tìm các thiên hà tồn tại chỉ sau 600 đến 900 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Các thiên hà này và các vĩ tuyến tương ứng của chúng đã được phân loại bằng thuật toán máy tính tự động tìm thấy các thiên hà trong ảnh và xác định các thuộc tính của chúng.
Khi bộ đôi nghiên cứu tiếp tục giải thích trong nghiên cứu của họ, các cuộc khảo sát sâu quy mô lớn gần đây đã cho phép các nghiên cứu về các thiên hà nhỏ hơn ở các dịch chuyển đỏ cao hơn. Chúng bao gồm hạt đậu xanh xanh lá cây - các thiên hà có khối lượng sáng, nhỏ gọn và khối lượng thấp với tỷ lệ hình thành sao cụ thể cao - và thậm chí cả quả việt quất khối lượng thấp, các thiên hà nhỏ hình sao là một phần mở rộng mờ nhạt của hạt đậu xanh cũng cho thấy tốc độ hình thành sao cực mạnh .
Sử dụng các danh mục đã nói ở trên và kiểm tra các trường song song cho Abell 2744 và MACS J0416.1-2403, nhóm nghiên cứu đã tìm kiếm các ví dụ khác về các thiên hà có khối lượng thấp với tỷ lệ hình thành sao cao. Mục đích của việc này là để đo các thuộc tính của các thiên hà lùn này, và để xem liệu bất kỳ vị trí nào của chúng phù hợp với nơi mà các cụm cầu được biết là đã hình thành.
Những gì họ tìm thấy là những gì họ gọi là Chuyện nhỏ Blue Blue Dots (LBSs), đó là những phiên bản có khối lượng thấp hơn của quả việt quất. Debra Elmegreen nói với Tạp chí Không gian qua email:
Khi tôi đang kiểm tra các hình ảnh (có khoảng 3400 thiên hà được phát hiện trong mỗi lĩnh vực), tôi nhận thấy các thiên hà thỉnh thoảng xuất hiện dưới dạng các chấm nhỏ màu xanh, rất hấp dẫn vì công việc lý thuyết trước đây của Bruce về các thiên hà lùn. Các danh mục được xuất bản bao gồm các dịch chuyển đỏ và tỷ lệ hình thành sao và khối lượng cho mỗi thiên hà, và hóa ra các chấm nhỏ màu xanh là các thiên hà có khối lượng thấp với tỷ lệ hình thành sao rất cao cho khối lượng của chúng.
Các thiên hà này không hiển thị cấu trúc, vì vậy Debra và Bruce xếp các hình ảnh của các thiên hà thành 3 dải dịch chuyển đỏ khác nhau (hoạt động cho khoảng 20 thiên hà mỗi) để tạo ra hình ảnh sâu hơn. Tuy nhiên, họ cho thấy không có cấu trúc hoặc đĩa bên ngoài mở rộng mờ nhạt, Debra nói, vì vậy họ ở giới hạn độ phân giải, với kích thước trung bình 100-200 Parsec (khoảng 300-600 năm ánh sáng) và khối lượng vài triệu lần khối lượng mặt trời của chúng tôi.
Cuối cùng, họ xác định rằng trong các LBD này, tỷ lệ hình thành sao rất cao. Họ cũng lưu ý rằng những thiên hà lùn này còn rất trẻ, nhỏ hơn 1% so với tuổi của Vũ trụ tại thời điểm chúng được quan sát. Vì vậy, các thiên hà nhỏ bé vừa mới hình thành ,: Bruce nói, tỷ lệ hình thành sao của chúng đủ cao để giải thích cho các cụm sao cầu, có thể là một trong mỗi LBD, khi ngôi sao nổ tung trong chúng sau vài chục triệu năm. Giáo dục
Debra và Bruce Elmegreen không xa lạ gì với các thiên hà dịch chuyển đỏ cao. Trở lại năm 2012, Bruce đã xuất bản một bài báo cho rằng các cụm sao cầu quay quanh Dải Ngân hà (và hầu hết các thiên hà khác) hình thành trong các thiên hà lùn trong Vũ trụ sơ khai. Những thiên hà lùn này sẽ có được từ các thiên hà lớn hơn như của chúng ta và các cụm về cơ bản là tàn dư của chúng.
Các cụm sao hình cầu về cơ bản là các cụm sao khổng lồ quay quanh Dải Ngân hà. Chúng thường có khối lượng khoảng 1 triệu Mặt trời và được tạo thành từ những ngôi sao rất cũ - ở đâu đó theo thứ tự từ 10 đến 13 tỷ năm. Ngoài Dải Ngân hà, nhiều người xuất hiện trên các quỹ đạo chung và trong Thiên hà Andromeda, một số thậm chí xuất hiện được kết nối bởi một dòng sao.
Như Bruce giải thích, ông là một lập luận thuyết phục cho lý thuyết rằng các cụm sao hình thành từ các thiên hà lùn trong Vũ trụ sơ khai:
Điều này cho thấy các cụm sao hình cầu nghèo kim loại là tàn dư dày đặc của các thiên hà nhỏ bị các thiên hà lớn hơn, như Dải Ngân hà, và bị xé toạc bởi các lực thủy triều. Ý tưởng về nguồn gốc của các cụm cầu hình quầng đã quay trở lại trong nhiều thập kỷ. Nó chỉ là một người nghèo kim loại giống như thế này, chiếm khoảng một nửa, bởi vì các thiên hà lùn là kim loại nghèo so với các thiên hà lớn, và họ cũng vậy nhiều kim loại nghèo hơn trong vũ trụ sơ khai.
Nghiên cứu này có nhiều ý nghĩa đối với sự hiểu biết của chúng ta về cách thức Vũ trụ phát triển, đó là mục tiêu chính của chương trình Hubble Frontier Field. Bằng cách kiểm tra các vật thể trong Vũ trụ ban đầu và xác định tính chất của chúng, các nhà khoa học có thể xác định các cấu trúc mà chúng ta quen thuộc ngày nay - tức là các ngôi sao, thiên hà, cụm, v.v. - thực sự đến từ đâu.
Những nghiên cứu tương tự này cũng cho phép các nhà khoa học đưa ra những phỏng đoán có giáo dục về nơi Vũ trụ sẽ đi và những gì sẽ trở thành của những cấu trúc tương tự hàng triệu hoặc thậm chí hàng tỷ năm kể từ bây giờ. Nói tóm lại, việc biết nơi chúng tôi đã từng cho phép chúng tôi dự đoán nơi chúng tôi sẽ đến!
