En 2012, el programa Hubble Space Telescope Frontier Fields (también conocido como Hubble Deep Fields Initiative 2012) comenzó oficialmente. El propósito de este proyecto era estudiar las galaxias más débiles y distantes del Universo utilizando la técnica de lente gravitacional, avanzando así nuestro conocimiento de la formación temprana de galaxias. Para 2017, el programa Frontier Field concluyó y comenzó el arduo trabajo de analizar todos los datos que recopiló.
Uno de los hallazgos más interesantes dentro de los datos de Frontier Fields ha sido el descubrimiento de galaxias de baja masa con altas tasas de formación estelar. Después de examinar los "campos paralelos" para Abell 2744 y MACS J0416.1-2403, dos cúmulos de galaxias estudiados por el programa, un par de astrónomos notaron la presencia de lo que ellos llaman "Pequeños Puntos Azules" (LBD), un hallazgo lo que tiene implicaciones para la formación de galaxias y los cúmulos globulares.
El estudio que detalla sus hallazgos apareció recientemente en línea bajo el título "Pequeños puntos azules en los campos fronterizos del telescopio espacial Hubble: ¿precursores de los cúmulos globulares?". El equipo de estudio estaba formado por la Dra. Debra Meloy Elmegreen, profesora de astronomía en el Vassar College, y el Dr. Bruce G. Elmegreen, astrónomo de la División de Investigación de IBM en el T.J. Centro de Investigación Watson en Yorktown Heights.
En pocas palabras, el programa Frontier Fields utilizó el telescopio espacial Hubble para observar seis cúmulos de galaxias masivas en longitudes de onda ópticas y de infrarrojo cercano, con su cámara avanzada para encuestas (ACS) y la cámara de campo ancho 3 (WFC3), respectivamente. Estas galaxias masivas se usaron para ampliar y estirar imágenes de galaxias remotas ubicadas detrás de ellas, que de otra manera eran demasiado débiles para que Hubble las viera directamente (también conocido como lente gravitacional).
Mientras que una de estas cámaras Hubble miraría un cúmulo de galaxias, la otra vería simultáneamente un parche de cielo adyacente. Estos parches adyacentes se conocen como "campos paralelos", de lo contrario regiones débiles que proporcionan algunas de las miradas más profundas del Universo temprano. Como el Dr. Bruce Elmegreen le dijo a Space Magazine por correo electrónico:
“El propósito del programa HFF es tomar imágenes profundas de 6 regiones del cielo donde hay cúmulos de galaxias, porque estos cúmulos magnifican las galaxias de fondo a través del efecto de lente gravitacional. De esta manera, podemos ver más allá que solo con imágenes directas del cielo solo. Muchas galaxias se han estudiado utilizando esta técnica de aumento. Los cúmulos de galaxias son importantes porque son grandes concentraciones de masa que hacen lentes gravitacionales fuertes ".
Estos seis cúmulos de galaxias utilizados por el bien del proyecto incluyeron Abell 2744, MACS J0416.1-2403 y sus campos paralelos, los últimos de los cuales fueron el punto focal en este estudio. Estos y otros grupos se utilizaron para encontrar galaxias que existieron entre 600 y 900 millones de años después del Big Bang. Estas galaxias y sus respectivos paralelos ya se habían catalogado utilizando algoritmos informáticos que automáticamente encontraban galaxias en las imágenes y determinaban sus propiedades.
A medida que el dúo de investigación continúa explicando en su estudio, recientes estudios profundos a gran escala han permitido estudios de galaxias más pequeñas en desplazamientos al rojo más altos. Estos incluyen "guisantes verdes" - galaxias luminosas, compactas y de baja masa con altas tasas específicas de formación estelar - e incluso "arándanos" de menor masa, pequeñas galaxias de estallido estelar que son una débil extensión de los guisantes verdes que también muestran tasas intensas de formación estelar. .
Utilizando los catálogos antes mencionados y examinando los campos paralelos para Abell 2744 y MACS J0416.1-2403, el equipo buscó otros ejemplos de galaxias de baja masa con altas tasas de formación estelar. El propósito de esto era medir las propiedades de estas galaxias enanas y ver si alguna de sus posiciones concuerda con el lugar donde se sabe que se formaron los cúmulos globulares.
Lo que encontraron fue lo que llamaron "Little Blue Dots" (LBS), que son incluso versiones de "arándanos" de menor masa. Debra Elmegreen le dijo a Space Magazine por correo electrónico:
“Cuando estaba examinando las imágenes (hay aproximadamente 3400 galaxias detectadas en cada campo), noté galaxias ocasionales que aparecían como pequeños puntos azules, lo cual fue muy intrigante debido al trabajo teórico previo de Bruce sobre galaxias enanas. Los catálogos publicados incluyen desplazamientos al rojo y tasas de formación de estrellas y masas para cada galaxia, y resulta que los pequeños puntos azules son galaxias de baja masa con tasas de formación de estrellas muy altas para su masa ".
Estas galaxias no mostraban estructura, por lo que Debra y Bruce apilaron las imágenes de galaxias en 3 rangos diferentes de desplazamiento al rojo (que resultaron en aproximadamente 20 galaxias cada una) para crear imágenes más profundas. "Todavía no mostraban estructura o tenue disco externo extendido", dijo Debra, "por lo que están en el límite de resolución, con tamaños promedio de 100-200 parsecs (aproximadamente 300-600 años luz) y masas de unos pocos millones de veces masa de nuestro sol ".
Al final, determinaron que dentro de estos LBD, las tasas de formación de estrellas eran muy altas. También notaron que estas galaxias enanas eran muy jóvenes, tenían menos del 1% de la edad del Universo en el momento en que fueron observadas. "Entonces, las pequeñas galaxias se acaban de formar", dijo Bruce, "y sus tasas de formación de estrellas son lo suficientemente altas como para dar cuenta de los cúmulos globulares, tal vez uno en cada LBD, cuando la estrella explota en ellos se apaga después de unas pocas decenas de millones de años". "
Debra y Bruce Elmegreen no son ajenos a las galaxias de alto desplazamiento al rojo. En 2012, Bruce publicó un artículo que sugería que los cúmulos globulares que orbitan la Vía Láctea (y la mayoría de las otras galaxias) se formaron en galaxias enanas durante el Universo temprano. Estas galaxias enanas habrían sido adquiridas desde entonces por galaxias más grandes como la nuestra, y los cúmulos son esencialmente sus restos.
Los cúmulos globulares son esencialmente cúmulos de estrellas masivas que orbitan alrededor del Halo de la Vía Láctea. Por lo general, son alrededor de 1 millón de masas solares y están formadas por estrellas muy antiguas, en algún lugar del orden de 10 a 13 mil millones de años. Más allá de la Vía Láctea, muchos aparecen en órbitas comunes y en la Galaxia de Andrómeda, algunos incluso aparecen conectados por una corriente de estrellas.
Como Bruce explicó, este es un argumento convincente para la teoría de que los cúmulos globulares se formaron a partir de galaxias enanas en el Universo temprano:
“Esto sugiere que los cúmulos globulares pobres en metales son los restos densos de pequeñas galaxias que fueron capturadas por galaxias más grandes, como la Vía Láctea, y destrozadas por las fuerzas de las mareas. Esta idea para el origen de los cúmulos de halo globulares se remonta a varias décadas ... Sería solo la pobre en metales que es así, que es aproximadamente la mitad del total, porque las galaxias enanas son pobres en metales en comparación con las grandes galaxias, y también fueron más pobres en metales en el universo primitivo ".
Este estudio tiene muchas implicaciones para nuestra comprensión de cómo evolucionó el Universo, que era el objetivo principal del programa Hubble Frontier Fields. Al examinar los objetos del Universo temprano y determinar sus propiedades, los científicos pueden determinar cómo provienen realmente las estructuras con las que estamos familiarizados hoy, es decir, estrellas, galaxias, cúmulos, etc.
Estos mismos estudios también permiten a los científicos hacer conjeturas educadas sobre hacia dónde se dirige el Universo y qué será de esas mismas estructuras dentro de millones o incluso miles de millones de años. En resumen, ¡saber dónde hemos estado nos permite predecir hacia dónde nos dirigimos!
