En 2012, le programme Hubble Space Telescope Frontier Fields (alias Hubble Deep Fields Initiative 2012) a officiellement démarré. Le but de ce projet était d'étudier les galaxies les plus faibles et les plus éloignées de l'Univers en utilisant la technique du cristallin gravitationnel, faisant ainsi progresser nos connaissances sur la formation précoce des galaxies. En 2017, le programme Frontier Field a pris fin et le travail acharné d'analyse de toutes les données qu'il a collectées a commencé.
L'une des découvertes les plus intéressantes dans les données de Frontier Fields a été la découverte de galaxies de faible masse avec des taux de formation d'étoiles élevés. Après avoir examiné les «champs parallèles» pour Abell 2744 et MACS J0416.1-2403 - deux amas de galaxies étudiés par le programme - une paire d'astronomes a noté la présence de ce qu'ils appellent des «petits points bleus» (LBD), une découverte ce qui a des implications pour la formation des galaxies et les amas globulaires.
L'étude qui détaille leurs résultats a récemment été publiée en ligne sous le titre «Petits points bleus dans les champs frontières du télescope spatial Hubble: précurseurs des amas globulaires?». L'équipe d'étude était composée du Dr Debra Meloy Elmegreen - professeur d'astronomie au Vassar College - et du Dr Bruce G.Elmegreen, astronome à la IBM Research Division du T.J. Centre de recherche Watson à Yorktown Heights.
Pour le dire simplement, le programme Frontier Fields a utilisé le télescope spatial Hubble pour observer six amas massifs de galaxies aux longueurs d'onde optiques et proche infrarouge - avec sa caméra avancée pour les enquêtes (ACS) et la caméra grand champ 3 (WFC3), respectivement. Ces galaxies massives ont été utilisées pour agrandir et étirer des images de galaxies éloignées situées derrière elles, qui étaient autrement trop faibles pour que Hubble puisse les voir directement (alias lentilles gravitationnelles).
Alors que l'une de ces caméras Hubble regardait un amas de galaxies, l'autre regardait simultanément une portion de ciel adjacente. Ces patchs adjacents sont connus sous le nom de «champs parallèles», autrement des régions faibles qui fournissent certains des regards les plus profonds de l'Univers primitif. Comme l'a dit le Dr Bruce Elmegreen à Space Magazine par courrier électronique:
«Le but du programme HFF est de prendre des images profondes de 6 régions du ciel où il y a des amas de galaxies, car ces amas grossissent les galaxies de fond grâce à l'effet de lentille gravitationnelle. De cette façon, nous pouvons voir plus loin que l'imagerie directe du ciel seul. De nombreuses galaxies ont été étudiées à l'aide de cette technique de grossissement. Les amas de galaxies sont importants car ce sont de grandes concentrations de masse qui font de solides lentilles gravitationnelles. »
Ces six amas de galaxies utilisés pour le projet comprenaient Abell 2744, MACS J0416.1-2403 et leurs champs parallèles, ces derniers étant le point focal de cette étude. Ces amas et d'autres ont été utilisés pour trouver des galaxies qui existaient à peine 600 à 900 millions d'années après le Big Bang. Ces galaxies et leurs parallèles respectifs avaient déjà été catalogués à l'aide d'algorithmes informatiques qui trouvaient automatiquement des galaxies dans les images et déterminaient leurs propriétés.
Comme l'explique le duo de chercheurs dans leur étude, de récents levés profonds à grande échelle ont permis d'étudier des galaxies plus petites à des décalages vers le rouge plus élevés. Ceux-ci incluent les «pois verts» - des galaxies lumineuses, compactes et de faible masse avec des taux de formation d'étoiles spécifiques élevés - et même des «myrtilles» de masse inférieure, de petites galaxies à éclat d'étoile qui sont une faible extension des pois verts qui montrent également des taux intenses de formation d'étoiles. .
En utilisant les catalogues susmentionnés et en examinant les champs parallèles pour Abell 2744 et MACS J0416.1-2403, l'équipe a cherché d'autres exemples de galaxies de faible masse avec des taux de formation d'étoiles élevés. Le but était de mesurer les propriétés de ces galaxies naines et de voir si l'une de leurs positions correspondait à l'endroit où les amas globulaires se sont formés.
Ce qu'ils ont trouvé, c'est ce qu'ils ont appelé les «petits points bleus» (LBS), qui sont même des versions à plus faible masse des «bleuets». Debra Elmegreen a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«Lorsque j'examinais les images (il y a environ 3400 galaxies détectées dans chaque champ), j'ai remarqué des galaxies occasionnelles qui apparaissaient sous forme de petits points bleus, ce qui était très intrigant en raison des travaux théoriques précédents de Bruce sur les galaxies naines. Les catalogues publiés comprenaient des décalages vers le rouge et des taux de formation d'étoiles et des masses pour chaque galaxie, et il s'avère que les petits points bleus sont des galaxies de faible masse avec des taux de formation d'étoiles très élevés pour leur masse. »
Ces galaxies n’ont pas montré de structure, donc Debra et Bruce ont empilé les images des galaxies en 3 gammes différentes de décalage vers le rouge (qui correspondaient à environ 20 galaxies chacune) pour créer des images plus profondes. "Ils ne montrent toujours pas de structure ou de disque externe étendu", a déclaré Debra, "ils sont donc à la limite de la résolution, avec des tailles moyennes de 100-200 parsecs (environ 300-600 années-lumière) et des masses de quelques millions de fois la masse de notre soleil. "
En fin de compte, ils ont déterminé que dans ces LBD, les taux de formation d'étoiles étaient très élevés. Ils ont également noté que ces galaxies naines étaient très jeunes, ayant moins de 1% de l'âge de l'Univers au moment où elles ont été observées. "Ainsi, les minuscules galaxies viennent de se former", a déclaré Bruce, "et leurs taux de formation d'étoiles sont suffisamment élevés pour tenir compte des amas globulaires, peut-être un dans chaque LBD, lorsque l'étoile éclate en eux se dissipe après quelques dizaines de millions d'années. "
Debra et Bruce Elmegreen ne sont pas étrangers aux hautes galaxies à décalage vers le rouge. En 2012, Bruce a publié un article suggérant que les amas globulaires en orbite autour de la Voie lactée (et la plupart des autres galaxies) se sont formés dans des galaxies naines au début de l'Univers. Ces galaxies naines auraient depuis été acquises par des galaxies plus grandes comme la nôtre, et les amas sont essentiellement leurs restes.
Les amas globulaires sont essentiellement des amas d'étoiles massifs qui orbitent autour du halo de la voie lactée. Ils sont généralement d'environ 1 million de masses solaires et sont constitués d'étoiles très anciennes - quelque part de l'ordre de 10 à 13 milliards d'années. Au-delà de la Voie lactée, beaucoup apparaissent sur des orbites communes et dans la galaxie d'Andromède, certains semblent même reliés par un flux d'étoiles.
Comme Bruce l'a expliqué, c'est un argument convaincant pour la théorie selon laquelle les amas globulaires se sont formés à partir de galaxies naines au début de l'Univers:
«Cela suggère que les amas globulaires pauvres en métaux sont les restes denses de petites galaxies qui ont été capturées par de plus grandes galaxies, comme la Voie lactée, et déchirées par les forces des marées. Cette idée de l'origine des amas de globules halo remonte à plusieurs décennies… Ce ne serait que les pauvres en métaux qui sont comme ça, qui sont environ la moitié du total, car les galaxies naines sont pauvres en métaux par rapport aux grandes galaxies, et elles étaient aussi plus pauvre en métal dans les premiers univers. "
Cette étude a de nombreuses implications pour notre compréhension de la façon dont l'Univers a évolué, ce qui était l'objectif principal du programme Hubble Frontier Fields. En examinant les objets de l'Univers primitif et en déterminant leurs propriétés, les scientifiques sont en mesure de déterminer la véritable origine des structures que nous connaissons aujourd'hui - à savoir les étoiles, les galaxies, les amas, etc. -.
Ces mêmes études permettent également aux scientifiques de faire des suppositions éclairées sur où va l'Univers et sur ce qu'il adviendra de ces mêmes structures dans des millions, voire des milliards d'années. Bref, savoir où nous sommes allés nous permet de prédire où nous allons!
