Sind kleine blaue Punkte in den Hubble-Grenzfeldern Vorläufer von Kugelsternhaufen?

2012 wurde das Hubble Space Telescope Frontier Fields-Programm (auch bekannt als Hubble Deep Fields Initiative 2012) offiziell gestartet. Der Zweck dieses Projekts war es, die schwächsten und am weitesten entfernten Galaxien im Universum mithilfe der Gravitationslinsen-Technik zu untersuchen und so unser Wissen über die frühe Galaxienbildung zu erweitern. Bis 2017 wurde das Frontier Field-Programm abgeschlossen, und die harte Arbeit, alle gesammelten Daten zu analysieren, begann.

Einer der interessantesten Funde in den Frontier Fields-Daten war die Entdeckung von Galaxien mit geringer Masse und hohen Sternentstehungsraten. Nach der Untersuchung der „Parallelfelder“ für Abell 2744 und MACS J0416.1-2403 – zwei vom Programm untersuchte Galaxienhaufen – stellten zwei Astronomen fest, dass das, was sie als „Little Blue Dots“ (LBDs) bezeichnen, vorhanden war Dies hat Auswirkungen auf die Galaxienbildung und Kugelsternhaufen.

Die Studie, in der ihre Ergebnisse detailliert beschrieben sind, wurde kürzlich online unter dem Titel „Kleine blaue Punkte in den Grenzfeldern des Hubble-Weltraumteleskops: Vorläufer von Kugelsternhaufen?“ Veröffentlicht. Das Studienteam bestand aus Dr. Debra Meloy Elmegreen – Professorin für Astronomie am Vassar College – und Dr. Bruce G. Elmegreen, Astronom bei der IBM Research Division am T.J. Watson-Forschungszentrum in Yorktown Heights.

Um es einfach auszudrücken: Das Frontier Fields-Programm verwendete das Hubble-Weltraumteleskop, um sechs massive Galaxienhaufen bei optischen Wellenlängen und Wellenlängen im nahen Infrarot zu beobachten – mit der Advanced Camera for Surveys (ACS) bzw. der Wide Field Camera 3 (WFC3). Diese massiven Galaxien wurden verwendet, um Bilder von dahinter liegenden entfernten Galaxien zu vergrößern und zu strecken, die ansonsten zu schwach waren, als dass Hubble sie direkt sehen könnte (auch bekannt als Gravitationslinse).

Während eine dieser Hubble-Kameras einen Galaxienhaufen betrachten würde, würde die andere gleichzeitig einen angrenzenden Fleck Himmel betrachten. Diese benachbarten Flecken sind als "parallele Felder" bekannt, ansonsten schwache Regionen, die einige der tiefsten Einblicke in das frühe Universum bieten. Wie Dr. Bruce Elmegreen dem Space Magazine per E-Mail sagte:

„Der Zweck des HFF-Programms besteht darin, tiefe Bilder von 6 Regionen des Himmels aufzunehmen, in denen sich Galaxienhaufen befinden, da diese Cluster Hintergrundgalaxien durch den Gravitationslinseneffekt vergrößern. Auf diese Weise können wir weiter sehen als nur mit direkter Abbildung des Himmels allein. Viele Galaxien wurden mit dieser Vergrößerungstechnik untersucht. Die Galaxienhaufen sind wichtig, weil es sich um große Massenkonzentrationen handelt, die starke Gravitationslinsen bilden. “

Zu diesen sechs Galaxienhaufen, die für das Projekt verwendet wurden, gehörten Abell 2744, MACS J0416.1-2403 und ihre parallelen Felder, von denen letztere den Schwerpunkt dieser Studie bildeten. Diese und die anderen Cluster wurden verwendet, um Galaxien zu finden, die nur 600 bis 900 Millionen Jahre nach dem Urknall existierten. Diese Galaxien und ihre jeweiligen Parallelen wurden bereits mithilfe von Computeralgorithmen katalogisiert, die automatisch Galaxien in den Bildern fanden und ihre Eigenschaften bestimmten.

Wie das Forschungsduo in seiner Studie weiter erklärt, haben kürzlich durchgeführte groß angelegte Tiefenuntersuchungen Untersuchungen kleinerer Galaxien mit höheren Rotverschiebungen ermöglicht. Dazu gehören „grüne Erbsen“ – leuchtende, kompakte und massearme Galaxien mit hohen spezifischen Sternentstehungsraten – und sogar „Blaubeeren“ mit geringerer Masse, kleine Starburst-Galaxien, die eine schwache Erweiterung der grünen Erbsen darstellen und auch intensive Sternentstehungsraten aufweisen .

Unter Verwendung der oben genannten Kataloge und unter Untersuchung der parallelen Felder für Abell 2744 und MACS J0416.1-2403 suchte das Team nach anderen Beispielen für Galaxien mit geringer Masse und hohen Sternentstehungsraten. Ziel war es, die Eigenschaften dieser Zwerggalaxien zu messen und festzustellen, ob eine ihrer Positionen mit der Bildung von Kugelhaufen übereinstimmt.

Was sie fanden, war das, was sie als "Little Blue Dots" (LBS) bezeichneten, bei denen es sich sogar um Versionen von "Blaubeeren" mit geringerer Masse handelt. Debra Elmegreen teilte dem Space Magazine per E-Mail mit:

„Als ich die Bilder untersuchte (in jedem Feld wurden ungefähr 3400 Galaxien entdeckt), bemerkte ich gelegentlich Galaxien, die als kleine blaue Punkte erschienen, was aufgrund der früheren theoretischen Arbeit von Bruce über Zwerggalaxien sehr faszinierend war. Die veröffentlichten Kataloge enthielten Rotverschiebungen sowie Sternentstehungsraten und -massen für jede Galaxie, und es stellte sich heraus, dass die kleinen blauen Punkte Galaxien mit geringer Masse und sehr hohen Sternentstehungsraten für ihre Masse sind. “

Diese Galaxien zeigten keine Struktur, daher stapelten Debra und Bruce die Bilder von Galaxien in drei verschiedene Rotverschiebungsbereiche (die sich auf jeweils etwa 20 Galaxien auswirkten), um tiefere Bilder zu erstellen. "Trotzdem zeigten sie keine Struktur oder schwache verlängerte äußere Scheibe", sagte Debra, "also sind sie an der Grenze der Auflösung, mit durchschnittlichen Größen von 100-200 Parsec (ungefähr 300-600 Lichtjahre) und Massen von einigen Millionen Mal der." Masse unserer Sonne. "

Am Ende stellten sie fest, dass innerhalb dieser LBDs die Sternentstehungsraten sehr hoch waren. Sie stellten auch fest, dass diese Zwerggalaxien sehr jung waren und zum Zeitpunkt ihrer Beobachtung weniger als 1% des Alters des Universums betrugen. „Die winzigen Galaxien haben sich gerade gebildet“, sagte Bruce, „und ihre Sternentstehungsraten sind hoch genug, um die Kugelsternhaufen zu erklären, vielleicht eine in jeder LBD, wenn der Stern in ihnen platzt und sich nach einigen zehn Millionen Jahren abwickelt. ”

Debra und Bruce Elmegreen sind keine Fremden für Galaxien mit hoher Rotverschiebung. Bereits 2012 veröffentlichte Bruce einen Artikel, der darauf hinwies, dass sich die Kugelhaufen, die die Milchstraße (und die meisten anderen Galaxien) umkreisen, im frühen Universum in Zwerggalaxien gebildet haben. Diese Zwerggalaxien wären seitdem von größeren Galaxien wie unserer erworben worden, und die Cluster sind im Wesentlichen ihre Überreste.

Kugelhaufen sind im Wesentlichen massive Sternhaufen, die den Milchstraßenhalo umkreisen. Sie sind typischerweise etwa 1 Million Sonnenmassen und bestehen aus Sternen, die sehr alt sind – irgendwo in der Größenordnung von 10 bis 13 Milliarden Jahren. Jenseits der Milchstraße erscheinen viele in gemeinsamen Umlaufbahnen und in der Andromeda-Galaxie, einige scheinen sogar durch einen Strom von Sternen verbunden zu sein.

Wie Bruce erklärte, ist dies ein überzeugendes Argument für die Theorie, dass sich im frühen Universum Kugelhaufen aus Zwerggalaxien gebildet haben:

„Dies deutet darauf hin, dass die metallarmen Kugelsternhaufen die dichten Überreste kleiner Galaxien sind, die von größeren Galaxien wie der Milchstraße eingefangen und von Gezeitenkräften auseinandergerissen wurden. Diese Idee für die Entstehung von Halo-Kugelsternhaufen reicht mehrere Jahrzehnte zurück… Es wären nur die metallarmen, die so sind, die etwa die Hälfte der Gesamtzahl ausmachen, da Zwerggalaxien im Vergleich zu großen Galaxien metallarm sind und dies auch waren mehr Metall arm im frühen Universum. “

Diese Studie hat viele Auswirkungen auf unser Verständnis der Entwicklung des Universums, was das Hauptziel des Hubble Frontier Fields-Programms war. Durch die Untersuchung von Objekten im frühen Universum und die Bestimmung ihrer Eigenschaften können Wissenschaftler feststellen, wie die Strukturen, mit denen wir heute vertraut sind – d. H. Sterne, Galaxien, Cluster usw. – tatsächlich entstanden sind.

Dieselben Studien ermöglichen es Wissenschaftlern auch, fundierte Vermutungen darüber anzustellen, wohin das Universum geht und was aus denselben Strukturen in Millionen oder sogar Milliarden von Jahren werden wird. Kurz gesagt, wenn wir wissen, wo wir waren, können wir vorhersagen, wohin wir gehen!

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