Esta es una imagen del Telescopio Espacial Hubble de la NASA de NGC 4449, una de las galaxias enanas del estudio GLOW (Galaxies Losing Oxygen via Winds). Los investigadores descubrieron que las galaxias enanas solo pueden retener una pequeña fracción del oxígeno producido por sus estrellas.Imagen: NASA, ESA, Hubble Heritage–ESA/Hubble Collaboration, Alessandra Aloisi (STScI, ESA)
El telescopio espacial Hubble de la NASA acaba de revelar un misterio en nuestro vecindario cósmico. En un artículo publicado el lunes en The Astrophysical Journal, investigadores que utilizaron el Hubble estudiaron 37 galaxias enanas cercanas —galaxias pequeñas que contienen desde unos pocos miles hasta cientos de millones de estrellas— y descubrieron que falta gran parte del oxígeno que esperaban encontrar.
Las simulaciones predicen que estas galaxias deberían contener una cantidad significativamente mayor de oxígeno, un indicador de un conjunto más amplio de elementos pesados. Entonces, ¿dónde fue a parar?
“El oxígeno es producido por las estrellas, que se encuentran dentro de las galaxias. Sabemos que el oxígeno tuvo que estar dentro de las galaxias en algún momento del pasado, por lo que debió haber sido expulsado”, explicó la coinvestigadora Grace Telford, profesora asistente del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Utah. “Y para que esto ocurra, se necesita la energía de estrellas masivas y explosiones de supernovas para expulsar material de las galaxias anfitrionas hacia el espacio interestelar”.
Según un nuevo estudio, los vientos galácticos liberados por las supernovas son aparentemente más eficaces para extraer oxígeno de las galaxias de baja masa de lo que predicen los modelos actuales. Los hallazgos demuestran que las galaxias enanas solo pueden retener una pequeña fracción del oxígeno producido por las estrellas.
En el proyecto GLOW (Galaxies Losing Oxygen via Winds), financiado por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias, los científicos rastrearon el oxígeno para comprender cómo se distribuye dentro de las estrellas, en el gas interestelar y en el espacio intergaláctico. Pero, de entre todos los elementos presentes en las galaxias, ¿por qué estudiar el oxígeno?
El oxígeno, el elemento más abundante después del hidrógeno y el helio, es relativamente fácil de detectar y medir, y su producción se comprende bien, lo que lo convierte en un indicador fiable de cómo se distribuyen los elementos químicos en una galaxia.
«Así pues, hemos elegido el oxígeno por razones prácticas», declaró Kristen Wingfield McQuinn, investigadora principal del proyecto GLOW y jefa de misión del Centro de Operaciones Científicas del recién lanzado Telescopio Espacial Panorámico Nancy Grace Roman de la NASA , en el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland. También es profesora asociada en la Universidad de Rutgers en New Brunswick, Nueva Jersey.
“El oxígeno es uno de los elementos primarios que forman las estrellas. Poder rastrear cuánto oxígeno se produce y cuánto se distribuye dentro y fuera de las galaxias nos ayuda a comprender la evolución galáctica”, dijo McQuinn. “También nos ayuda a saber dónde y en qué medida las galaxias enriquecen el espacio entre ellas, llamado medio intergaláctico”.
El estudio utilizó datos de imágenes ópticas de archivo del Hubble para identificar poblaciones estelares y determinar la historia y la composición de la formación estelar. Junto con datos del telescopio espacial Spitzer de la NASA (ya fuera de servicio ), así como del Very Large Array (VLAR) terrestre y el Australian Telescope Compact Array (ATA), los investigadores analizaron 37 galaxias enanas cercanas para rastrear los átomos de oxígeno producidos por las estrellas.
El equipo quería comprender cómo se distribuye el oxígeno entre las estrellas, el gas y el polvo de las galaxias. Estas galaxias enanas fueron seleccionadas porque sus masas se encuentran dentro del rango en el que las simulaciones y la teoría predicen que una cantidad creciente de su oxígeno será expulsada de las galaxias mediante explosiones de supernovas. Además, estas 37 galaxias están lo suficientemente cerca como para que el Hubble pueda distinguir sus estrellas individualmente. Esto no ocurre con la gran mayoría de las galaxias enanas conocidas, que están demasiado lejos para este tipo de estudio.
Aunque los astrónomos ya sospechaban que las galaxias expulsan una gran fracción de oxígeno y otros elementos pesados, persistía la incógnita sobre el destino final de estos metales. Un estudio previo de 2014 abordó esta cuestión en galaxias formadoras de estrellas similares a la Vía Láctea, y descubrió que estas galaxias perdían una gran fracción de su oxígeno, parte del cual se encuentra en los halos difusos de gas que rodean a las galaxias fuera de sus discos, denominados medio circumgaláctico.
En el estudio GLOW, McQuinn y su equipo extendieron esta investigación a galaxias de baja masa en un amplio rango de masas y entornos. Si bien equipos anteriores han medido el oxígeno en el medio circumgaláctico de las galaxias enanas, aún no está claro si la mayor parte del oxígeno faltante se encuentra en esta región o si ha sido expulsado por completo del entorno de la galaxia.
En el futuro, McQuinn espera estudiar galaxias de masa aún menor en el universo cercano. Cuenta con un programa aprobado para utilizar el Telescopio Espacial Roman y así encontrar estos sistemas débiles y diminutos en una amplia región del cielo. Una vez identificadas estas galaxias, McQuinn espera utilizar el Hubble y el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para obtener observaciones más detalladas de sus estrellas. Esto le permitiría reconstruir la historia de las galaxias y comprender cómo se formaron las estrellas a lo largo del tiempo cósmico.
El trabajo futuro de Telford consiste en utilizar el Hubble para observar con detalle las estrellas masivas individuales que producen oxígeno y lo expulsan de sus galaxias anfitrionas. Está utilizando algunos de los objetivos GLOW cercanos para obtener observaciones muy detalladas que permitan caracterizar las diferencias entre las estrellas masivas en estas galaxias pequeñas.
