בשנת 2012 התחילה רשמית התוכנית של האבל טלסקופ פרונטי פילדס (המכונה גם יוזמת האבל פילדס עמוקה 2012). מטרת פרויקט זה הייתה ללמוד את הגלקסיות הקלשות והרחוקות ביותר ביקום באמצעות טכניקת העדשת הכבידה, וכך לקדם את הידע שלנו לגבי היווצרות גלקסיות מוקדמת. בשנת 2017 התכנית Frontier Field נעטפה והעבודה הקשה בניתוח כל הנתונים שאספה החלה.
אחד הממצאים המעניינים יותר בנתוני שדות הגבול היה גילוי גלקסיות בעלות מסה נמוכה עם שיעורי היווצרות כוכבים גדולים. לאחר שבחנו את "השדות המקבילים" עבור Abell 2744 ו- MACS J0416.1-2403 - שני אשכולות גלקסיות שנחקרו על ידי התוכנית - ציין זוג אסטרונומים את נוכחותם של מה שהם מכנים "נקודות כחולות קטנות" (LBDs), ממצא שיש לו השלכות על היווצרות הגלקסיה ואשכולים כדוריים.
המחקר שמפרט את ממצאיהם הופיע לאחרונה ברשת תחת הכותרת "נקודות כחולות קטנות בשדות גבול הטלסקופ החלל": מבשרי אשכולות גלובוליים? ". צוות המחקר כלל ד"ר דברה מלוי אלמגרן - פרופסור לאסטרונומיה במכללת וסאר - וד"ר ברוס ג. אלמגרין, אסטרונום בחטיבת המחקר של יבמ במכללת T.J. מרכז המחקר ווטסון ביורקטאון הייטס.
במילים פשוטות, תוכנית Frontier Fields השתמשה בטלסקופ החלל האבל בכדי לצפות בשש אשכולות גלקסיות מאסיביות באורכי גל אופטיים וקרובים לאינפרא אדום - עם מצלמת ה- Advanced Camera for Surveys (ACS) ומצלמת Wide Field 3 (WFC3) בהתאמה. גלקסיות מאסיביות אלה שימשו להגדלה ומתיחה של תמונות של גלקסיות מרוחקות שנמצאות מאחוריהן, שאחרת היו קלושות מכדי שהאבל יראה ישירות (המכונה עדשת כבידה).
בעוד שאחת ממצלמות האבל האלו תסתכל על אשכול גלקסיה, השנייה תראה בו זמנית בשטח שמים צמוד. טלאים סמוכים אלה ידועים כ"שדות מקבילים ", אם כן אזורים קלושים המספקים כמה מהמבט העמוק ביותר ליקום הקדום. כפי שד"ר ברוס אלמגרין אמר למגזין Space באמצעות הדוא"ל:
"מטרת תוכנית ה- HFF היא לצלם תמונות עמוקות של 6 אזורים בשמיים שבהם יש אשכולות של גלקסיות, מכיוון שהאשכולות הללו מגדילים גלקסיות רקע באמצעות אפקט עדשת הכבידה. בדרך זו אנו יכולים לראות רחוק יותר מאשר רק באמצעות דימות ישירות של השמים בלבד. גלקסיות רבות נחקרו בטכניקת הגדלה זו. אשכולות הגלקסיות חשובות מכיוון שמדובר בריכוזי מסה גדולים היוצרים עדשות כבידה חזקות. "
ששת אשכולות הגלקסיה ששימשו לצורך הפרויקט כללו את הבל 2744, MACS J0416.1-2403 ואת השדות המקבילים שלהם, שהאחרונים שבהם היו מוקד המחקר במחקר זה. אשכולות אלה ואחרים שימשו למציאת גלקסיות שהיו קיימות רק 600 עד 900 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. גלקסיות אלה והקבלותיהן בהתאמה כבר סווגו באמצעות אלגוריתמים ממוחשבים שמצאו אוטומטית גלקסיות בתמונות וקבעו את תכונותיה.
ככל שהצמד המחקרי ממשיך להסביר במחקרם, סקרים עמוקים גדולים שנערכו לאחרונה, אפשרו מחקרים על גלקסיות קטנות יותר בהיסטים אדומים יותר. אלה כוללים "אפונה ירוקה" - גלקסיות זוהרות, קומפקטיות ונמוכות במסה נמוכה עם שיעורי היווצרות כוכבים ספציפיים גבוהות - ואפילו "אוכמניות" בעלות מסה נמוכה יותר, גלקסיות קטנות מכוכבים המהווים שלוחה קלושה של האפונה הירוקה המראים גם שיעורים עזים של היווצרות כוכבים .
באמצעות הקטלוגים שהוזכרו לעיל ובחנו את השדות המקבילים ל- Abell 2744 ו- MACS J0416.1-2403, הצוות חיפש דוגמאות נוספות לגלקסיות בעלות מסה נמוכה עם שיעורי היווצרות כוכבים גדולים. מטרתו זו הייתה למדוד את תכונות הגלקסיות הגמדיות הללו, ולראות אם עמדות כלשהן שתואמו איפה שידוע כי נוצרו אשכולות כדוריות.
מה שהם מצאו זה מה שהם כינו "נקודות כחולות קטנות" (LBS), שהן אפילו גרסאות נמוכות יותר של "אוכמניות". דברה אלמגרן אמרה למגזין Space באמצעות המייל:
"כשבדקתי את התמונות (יש כ- 3400 גלקסיות שהתגלו בכל שדה), הבחנתי מדי פעם בגלקסיות שהופיעו כנקודות כחולות קטנות, מה שהיה מסקרן מאוד בגלל העבודה התיאורטית הקודמת של ברוס בנושא גלקסיות גמדיות. הקטלוגים שפורסמו כללו משמרות אדומות ושיעור היווצרות הכוכבים והמונים עבור כל גלקסיה, ומסתבר שהנקודות הכחולות הקטנות הן גלקסיות בעלות מסה נמוכה עם שיעורי היווצרות כוכבים גבוהים מאוד למסה שלהן. "
גלקסיות אלה לא הראו מבנה, ולכן דברה וברוס ערמו את תמונות הגלקסיות לשלושה טווחים שונים של משמרות אדומים (שהסתדרו לכ- 20 גלקסיות כל אחד) ליצירת תמונות עמוקות יותר. "עדיין הם לא הראו מבנה או התעלפו דיסק חיצוני מורחב", אמרה דברה, "אז הם נמצאים בגבול הרזולוציה, עם גדלים ממוצעים של 100-200 פרסקות (בערך 300-600 שנות אור) והמונים של כמה מיליוני פעמים המסה של השמש שלנו. "
בסופו של דבר הם קבעו שבתוך LBDs אלה שיעורי היווצרות הכוכבים היו גבוהים מאוד. הם גם ציינו כי גלקסיות גמדיות אלה היו צעירות מאוד, שהן פחות מ -1% מגיל היקום בזמן שהן נצפו. "אז הגלקסיות הזעירות פשוט התגבשו," אמר ברוס, "ושיעור היווצרות הכוכבים שלהם מספיק גבוה בכדי להסביר את האשכולים הכדוריים, אולי אחד בכל LBD, כשהכוכב מתפרץ בהם נופל אחרי כמה עשרות מיליוני שנים. "
דברה וברוס אלמגרין אינם זרים לגלקסיות גבוהות עם משמרות אדומים. עוד בשנת 2012 פירסם ברוס מאמר שהציע כי האשכולים הכדוריים המקיפים את שביל החלב (ומרבית הגלקסיות האחרות) נוצרו בגלקסיות ננסיות במהלך היקום הקדום. גלקסיות ננסיות אלה נרכשו מאז על ידי גלקסיות גדולות יותר כמו שלנו, והצבירים הם למעשה שרידיהם.
אשכולות גלובליות הינן מקבצי כוכבים מסיביים במהותם המעגלים סביב הילה שביל החלב. בדרך כלל מדובר בכמיליון המוני שמש ומורכבים מכוכבים עתיקים מאוד - איפשהו בסדר גודל של 10 עד 13 מיליארד שנים. מעבר לשביל החלב, רבים מופיעים במסללים נפוצים ובגלקסיית אנדרומדה, חלקם אף נראים מחוברים על ידי זרם כוכבים.
כפי שברוס הסביר, זהו טיעון משכנע לתיאוריה לפיה צברים כדוריים נוצרו מגלקסיות ננסיות ביקום הקדום:
"זה מרמז כי האשכולות הכדוריים העניים במתכות הם שרידים צפופים של גלקסיות קטנות שנלכדו על ידי גלקסיות גדולות יותר, כמו שביל החלב, ונקרעו על ידי כוחות הגאות והשפל. הרעיון הזה למקור אשכולות כדוריות הילה חוזר אחורה עשורים ... זה יהיה רק המסכן המתכתי שהם כאלה, שהם בערך כמחצית מהסכום, מכיוון שגלקסיות גמדיות הן עניי מתכת בהשוואה לגלקסיות גדולות, והן גם היו יותר עניים מתכתיים ביקום המוקדם. "
למחקר זה השלכות רבות על הבנתנו כיצד התפתח היקום, שהייתה המטרה העיקרית של תוכנית שדות האבל. על ידי בחינת אובייקטים ביקום הקדום וקביעת תכונותיהם, מדענים מסוגלים לקבוע כיצד הגיעו המבנים שאנו מכירים כיום - כלומר כוכבים, גלקסיות, אשכולות וכו '.
אותם מחקרים מאפשרים גם למדענים לערוך ניחושים משכילים לאן הולך היקום ומה יהפוך מאותם מבנים מאות מיליונים ואף מיליארדי שנים מהיום. בקיצור, הידיעה לאן היינו מאפשרת לנו לחזות לאן פנינו מועדות פנינו!
