Hubble da NASA descobre caso de falta de oxigênio em galáxias anãs próximas

O Telescópio Espacial Hubble da NASA acaba de revelar um mistério em nossa vizinhança cósmica. Em um papel publicado na segunda-feira no The Astrophysical Journal, investigadores que utilizaram o Hubble estudaram 37 galáxias anãs próximas – pequenas galáxias contendo alguns milhares a centenas de milhões de estrelas – e descobriram que falta muito do oxigénio que esperavam ver.

As simulações prevêem que significativamente mais oxigénio, um marcador de um conjunto mais amplo de elementos pesados, deverá residir nestas galáxias. Então, para onde foi?

“O oxigénio é produzido pelas estrelas, que estão dentro das galáxias. Sabemos que o oxigénio teve que estar dentro das galáxias em algum momento no passado, por isso o oxigénio deve ter sido ejetado,” disse a co-investigadora Grace Telford, professora assistente no Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Utah. “E para fazer isso, é necessária a energia de estrelas massivas e de explosões de supernovas para expulsar o material das galáxias hospedeiras e para o espaço entre as galáxias.”

Os ventos galácticos desencadeados por supernovas são aparentemente mais eficazes na remoção de oxigénio de galáxias de baixa massa do que os modelos atuais prevêem, de acordo com o novo estudo. As descobertas mostram que as galáxias anãs podem reter apenas uma pequena fração do oxigênio produzido pelas estrelas.

No projeto Galaxies Losing Oxygen via Winds (GLOW), financiado pela NASA e pela National Science Foundation, os cientistas rastrearam o oxigénio para compreender como é distribuído no interior das estrelas, no gás entre as estrelas e no espaço entre as galáxias. Mas, de todos os elementos das galáxias, por que estudar o oxigênio?

O oxigénio, o elemento mais abundante depois do hidrogénio e do hélio, é relativamente fácil de detetar e medir, e a sua produção é bem compreendida — o que o torna um indicador fiável de como os elementos químicos estão distribuídos numa galáxia.

“Então, é realmente por razões práticas que escolhemos o oxigênio”, disse Kristen Wingfield McQuinn, investigadora principal do GLOW e chefe da missão do Centro de Operações Científicas do recém-lançado satélite panorâmico da NASA. Telescópio Espacial Romano Nancy Grace no Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland. Ela também é professora associada na Rutgers University em New Brunswick, New Jersey.

“O oxigénio é um dos principais elementos formados pelas estrelas. Ser capaz de rastrear quanto oxigénio é produzido e quanto é distribuído dentro e fora das galáxias ajuda-nos a compreender a evolução das galáxias,” disse McQuinn. “Também nos ajuda a saber onde e quanto as galáxias estão enriquecendo o espaço entre as galáxias, chamado meio intergaláctico.”

O estudo utilizou dados de imagens ópticas de arquivo de Hubble para resolver populações estelares e determinar histórias e composições de formação estelar. Junto com dados de aposentados da NASA Telescópio Espacial Spitzer bem como o Very Large Array baseado em terra e o Australian Telescope Compact Array, os pesquisadores analisaram 37 galáxias anãs próximas para rastrear átomos de oxigênio produzidos por estrelas.

A equipe queria entender como o oxigênio é distribuído pelas estrelas, gás e poeira nas galáxias. Estas galáxias anãs foram selecionadas porque as suas massas estão na faixa onde as simulações e a teoria prevêem que uma quantidade crescente do seu oxigénio será expelida das galáxias através de explosões de supernovas. Essas 37 galáxias também estão próximas o suficiente para que o Hubble identifique suas estrelas individuais. Isto não é verdade para a grande maioria das galáxias anãs conhecidas, que estão demasiado distantes para este tipo de estudo.

Embora os astrónomos já suspeitassem que as galáxias expelem uma grande fracção de oxigénio e outros elementos pesados, uma questão em aberto é onde vão parar estes metais. UM estudo anterior de 2014 abordou esta questão para galáxias formadoras de estrelas semelhantes à Via Láctea, descobrindo que estas galáxias perderam uma grande fração do seu oxigénio, parte do qual se encontra nos halos difusos de gás que rodeiam as galáxias fora dos seus discos, chamados de meio circungaláctico.

No estudo GLOW, McQuinn e a sua equipa alargaram esta investigação a galáxias de baixa massa numa vasta gama de massas e ambientes. Embora equipas anteriores tenham medido o oxigénio no meio circungaláctico de galáxias anãs, ainda não está claro se a maior parte do oxigénio em falta se encontra nesta região ou se foi completamente ejectado dos arredores da galáxia.

No futuro, McQuinn espera estudar galáxias ainda de menor massa no universo próximo. Ela tem um programa aprovado para usar o Telescópio Espacial Romano para encontrar esses sistemas tênues e minúsculos em uma ampla faixa de céu. Depois de identificar essas galáxias, McQuinn espera usar o Hubble e a NASA Telescópio Espacial James Webb para obter observações mais profundas de suas estrelas. Isto permitir-lhe-ia reconstruir as histórias das galáxias para compreender como formaram estrelas ao longo do tempo cósmico.

O trabalho futuro de Telford envolve usar o Hubble para ampliar as estrelas massivas individuais que produzem oxigênio e o ejetam de suas galáxias hospedeiras. Ela está usando alguns dos alvos GLOW próximos para obter observações muito detalhadas para caracterizar como as estrelas massivas são diferentes nessas pequenas galáxias.

O Telescópio Espacial Hubble está em operação há mais de três décadas e continua a fazer descobertas inovadoras que moldam a nossa compreensão fundamental do universo. O Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia). O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio e as operações da missão. A Lockheed Martin Space, com sede em Denver, também apoia operações missionárias em Goddard. O Space Telescope Science Institute em Baltimore, que é operado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia, conduz operações científicas do Hubble para a NASA.