Μια νέα ανακάλυψη από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble φέρνει στο φως ένα παράδοξο σχετικά με την εξέλιξη των μικρών γαλαξιών: μεγάλες ποσότητες οξυγόνου φαίνεται να λείπουν από το εσωτερικό τους. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι οι νάνοι γαλαξίες χάνουν πολύ περισσότερο οξυγόνο απ’ όσο προέβλεπαν μέχρι σήμερα τα θεωρητικά μοντέλα.
Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό The Astrophysical Journal, ερευνητές αξιοποίησαν παρατηρήσεις του Hubble για να εξετάσουν 37 κοντινούς νάνους γαλαξίες. Πρόκειται για μικρά αστρικά συστήματα, τα οποία μπορεί να περιλαμβάνουν από μερικές χιλιάδες έως εκατοντάδες εκατομμύρια άστρα.
Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι οι συγκεκριμένοι γαλαξίες περιέχουν πολύ λιγότερο οξυγόνο από εκείνο που θα έπρεπε να διαθέτουν σύμφωνα με τις προσομοιώσεις. Το εύρημα δημιουργεί ένα σημαντικό ερώτημα: πού κατέληξε το οξυγόνο που παρήγαγαν τα άστρα τους;
Οι αστρικές εκρήξεις εκτοξεύουν το οξυγόνο στο διάστημα
Το οξυγόνο παράγεται στο εσωτερικό των άστρων και απελευθερώνεται στο διαστρικό περιβάλλον κατά τη διάρκεια της αστρικής εξέλιξης και ιδιαίτερα μέσα από εκρήξεις υπερκαινοφανών αστέρων.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι οι εκρήξεις αυτές δημιουργούν ισχυρούς γαλαξιακούς ανέμους, οι οποίοι παρασύρουν τεράστιες ποσότητες αερίου και χημικών στοιχείων έξω από τους γαλαξίες. Σύμφωνα με τα νέα δεδομένα, η διαδικασία είναι πολύ πιο αποτελεσματική στους νάνους γαλαξίες απ’ όσο υπολογίζουν τα σημερινά θεωρητικά μοντέλα.
«Το οξυγόνο παράγεται από τα άστρα, τα οποία βρίσκονται μέσα στους γαλαξίες. Γνωρίζουμε ότι κάποια στιγμή στο παρελθόν το οξυγόνο έπρεπε να βρίσκεται στο εσωτερικό τους. Επομένως, πρέπει να εκτοξεύτηκε έξω από αυτούς», εξηγεί η Grace Telford, επίκουρη καθηγήτρια στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας του Πανεπιστημίου της Γιούτα.
Όπως επισημαίνει, για να συμβεί αυτό, απαιτείται η ενέργεια των μαζικών άστρων και των εκρήξεων υπερκαινοφανών, οι οποίες μπορούν να ωθήσουν την ύλη έξω από τους γαλαξίες και να τη διασκορπίσουν στον χώρο ανάμεσα τους.
Γιατί οι επιστήμονες μελετούν το οξυγόνο;
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του προγράμματος GLOW (Galaxies Losing Oxygen via Winds), το οποίο χρηματοδοτείται από τη NASA και το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ (NSF).
Στόχος των επιστημόνων ήταν να χαρτογραφήσουν την κατανομή του οξυγόνου σε τρία διαφορετικά περιβάλλοντα: στο εσωτερικό των άστρων, στο αέριο που βρίσκεται ανάμεσα στα άστρα και στον διαγαλαξιακό χώρο.
Το οξυγόνο αποτελεί το τρίτο πιο άφθονο χημικό στοιχείο στο Σύμπαν, μετά το υδρογόνο και το ήλιο. Επιπλέον, παράγεται από τις αστρικές διεργασίες και είναι σχετικά εύκολο να εντοπιστεί και να μετρηθεί με αστρονομικές παρατηρήσεις. Για τον λόγο αυτό αποτελεί έναν αξιόπιστο δείκτη της χημικής εξέλιξης των γαλαξιών.
«Η δυνατότητα να παρακολουθούμε πόσο οξυγόνο παράγεται και στη συνέχεια πώς κατανέμεται μέσα και έξω από τους γαλαξίες μάς βοηθά να κατανοήσουμε την εξέλιξή τους», αναφέρει η Kristen Wingfield McQuinn, επικεφαλής του προγράμματος GLOW και καθηγήτρια στο Πανεπιστήμιο Rutgers.
Η ίδια υπογραμμίζει ότι η έρευνα συμβάλλει επίσης στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι γαλαξίες εμπλουτίζουν με βαριά χημικά στοιχεία τον διαγαλαξιακό χώρο, ο οποίος είναι γνωστός ως διαγαλαξιακό μέσο (intergalactic medium).
Μια έρευνα με τη βοήθεια πολλών τηλεσκοπίων
Για τη μελέτη των 37 νάνων γαλαξιών, η ερευνητική ομάδα αξιοποίησε αρχειακές οπτικές παρατηρήσεις του Hubble, οι οποίες επέτρεψαν την ανάλυση μεμονωμένων άστρων και την ανασύσταση της ιστορίας σχηματισμού τους.
Τα δεδομένα αυτά συνδυάστηκαν με παρατηρήσεις από το διαστημικό τηλεσκόπιο Spitzer, καθώς και από τα επίγεια ραδιοτηλεσκόπια Very Large Array (VLA) και Australian Telescope Compact Array (ATCA).
Η επιλογή των συγκεκριμένων γαλαξιών δεν ήταν τυχαία. Οι μάζες τους βρίσκονται σε ένα εύρος όπου οι θεωρητικές προσομοιώσεις προβλέπουν ότι οι εκρήξεις υπερκαινοφανών θα πρέπει να εκτοξεύουν ολοένα μεγαλύτερες ποσότητες οξυγόνου στο διάστημα.
Παράλληλα, βρίσκονται αρκετά κοντά στη Γη, ώστε το Hubble να μπορεί να διακρίνει τα μεμονωμένα άστρα τους, κάτι που είναι αδύνατο για τη συντριπτική πλειονότητα των γνωστών νάνων γαλαξιών λόγω της μεγάλης απόστασής τους.
Πού καταλήγουν τα χημικά στοιχεία που χάνονται;
Οι αστρονόμοι γνώριζαν ήδη ότι οι γαλαξίες μπορούν να εκτοξεύουν σημαντικές ποσότητες οξυγόνου και άλλων βαρέων στοιχείων. Ωστόσο, παρέμενε ασαφές πού ακριβώς καταλήγει αυτή η ύλη.
Μια προηγούμενη μελέτη του 2014, η οποία επικεντρώθηκε σε γαλαξίες παρόμοιους με τον δικό μας Γαλαξία, έδειξε ότι σημαντικό μέρος του οξυγόνου που αποβάλλεται από αυτούς βρίσκεται στην εκτεταμένη αέρια άλω που τους περιβάλλει η οποία ονομάζεται περιγαλαξιακό μέσο (circumgalactic medium).
Η νέα έρευνα επεκτείνει τη μελέτη σε γαλαξίες πολύ μικρότερης μάζας και διαφορετικών περιβαλλόντων. Παρότι προηγούμενες παρατηρήσεις έχουν εντοπίσει οξυγόνο στο περιγαλαξιακό μέσο νάνων γαλαξιών, οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμη αν εκεί βρίσκεται το μεγαλύτερο μέρος του «χαμένου» οξυγόνου ή αν έχει εκτοξευθεί ακόμη πιο μακριά, έξω από την άμεση βαρυτική επιρροή των γαλαξιών.
Ο Όμιλος Φίλων Αστρονομίας στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης: facebook, instagram, x, tiktok, youtube
Το επόμενο βήμα με το Roman και το James Webb
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να επεκτείνει την έρευνα σε ακόμη μικρότερους και πιο αμυδρούς γαλαξίες της γειτονικής μας κοσμικής περιοχής. Για τον εντοπισμό τους θα αξιοποιηθεί το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman της NASA, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να παρατηρεί τεράστιες περιοχές του ουρανού με μεγάλη ευαισθησία.
Στη συνέχεια, οι επιστήμονες φιλοδοξούν να χρησιμοποιήσουν τα τηλεσκόπια Hubble και James Webb για να πραγματοποιήσουν λεπτομερέστερες παρατηρήσεις των άστρων αυτών των γαλαξιών και να ανασυνθέσουν την ιστορία σχηματισμού τους σε διαφορετικές εποχές της κοσμικής ιστορίας.
Παράλληλα, η Grace Telford σχεδιάζει να αξιοποιήσει το Hubble για να μελετήσει μεμονωμένα μαζικά άστρα, τα οποία αποτελούν τις βασικές πηγές παραγωγής και εκτόξευσης οξυγόνου. Στόχος είναι να διαπιστωθεί αν τα άστρα στους μικρούς γαλαξίες παρουσιάζουν διαφορετικές ιδιότητες από εκείνα μεγαλύτερων γαλαξιακών συστημάτων.
Το εύρημα αναδεικνύει έναν σημαντικό μηχανισμό της κοσμικής εξέλιξης: οι γαλαξίες δεν είναι κλειστά συστήματα που διατηρούν όλα τα χημικά στοιχεία τα οποία παράγουν. Αντίθετα, μέσα από τις εκρήξεις των άστρων τους, εμπλουτίζουν συνεχώς το διάστημα γύρω τους με την πρώτη ύλη από την οποία θα σχηματιστούν μελλοντικά νέα άστρα και πλανητικά συστήματα.