Hubble viser at dverggalakser bare har beholdt 11 prosent av oksygenet sitt

De små galaksene rundt Melkeveien har mistet nesten alt oksygenet som deres egne stjerner har laget. En opptelling basert på observasjoner fra Hubble-romteleskopet viser at en typisk dverggalakse fortsatt inneholder bare omtrent ett oksygenatom av hver ni som stjernene har smidd; resten befinner seg ikke lenger inne i galaksen, der astronomer kan telle det.

Oksygen er det mest utbredte grunnstoffet etter hydrogen og helium, og astronomer bruker det som en stedfortreder for alle tyngre grunnstoffer – råmaterialet for steinplaneter, vann og levende vesener. Dverggalakser er den vanligste typen galakser i universet. Hvis de rutinemessig kaster bort det meste av det stjernene deres produserer, har en stor andel av kosmos’ tunge grunnstoffer endt opp i det nesten tomme rommet mellom galaksene. Og datasimuleringene som får resten av en galakses kjemi til å stemme, sier at langt mer burde ha blitt igjen.

Prosjektet, kalt Galaxies Losing Oxygen via Winds (GLOW), studerte 37 gassrike dverggalakser som fortsatt danner stjerner. De har beholdt mellom 4 og 25 prosent av oksygenet stjernene deres har laget, i gjennomsnitt 10,7 prosent. Et mye brukt sett med galaksesimuleringer forutsier to til fire ganger mer.

Analysen ble ledet av Kristen McQuinn, astronom ved Space Telescope Science Institute og Rutgers University, som leder vitenskapsoperasjonssenteret for NASAs Nancy Grace Roman-romteleskop, og den er publisert i The Astrophysical Journal. «Vi vet at oksygenet må ha vært inne i galaksene på et tidspunkt tidligere, så oksygenet må ha blitt kastet ut,» sier medforsker Grace Telford, førsteamanuensis ved University of Utah. «Og for å få til det trenger du energi fra massive stjerner og supernovaeksplosjoner til å drive materiale ut av vertsgalaksene og ut i rommet mellom galaksene.»

Slik tar man en oksygenopptelling i en galakse

Studien fungerer som en revisjon. Først estimerte teamet hvor mye oksygen hver galakse har produsert i løpet av sin levetid. Det meste oksygenet kommer fra massive stjerner som ender som supernovaer, så den produserte mengden følger den totale massen av stjerner en galakse har dannet. Forskerne målte denne massen fra infrarødt lys registrert av NASAs pensjonerte Spitzer-romteleskop og konverterte det til oksygen ved hjelp av et standardutbytte – massen av nytt oksygen som frigjøres for hver enhet gass som blir omdannet til stjerner.

Deretter talte de opp det som fortsatt er der. Hubbels arkivbilder oppløser de individuelle stjernene i hver galakse, og fargene og lysstyrkene til disse stjernene avslører når de ble dannet og hvor mye oksygen de bandt. Radioteleskoper – Very Large Array i New Mexico og Australia Telescope Compact Array – veide hydrogengassen gjennom det svake radiosignalet den sender ut. Optiske spektre av de glødende skyene rundt unge stjerner ga oksygeninnholdet i den gassen, og en korreksjon for oksygenet som er fanget i støvkorn, fullførte opptellingen.

Galaksene ble valgt med hensikt. De ligger omtrent 3 til 20 millioner lysår unna, nære nok for Hubble til å skille ut enkeltstjerner, noe som er umulig for de fleste kjente dverggalaksene. Massene deres spenner fra noen få millioner til noen få milliarder ganger solens masse, det området der teorien spår at supernovavinder gjør mest skade. Ingen av dem går i bane rundt en stor galakse som en satellitt. Av oksygenet de beholdt, sitter nesten alt i gassen deres, med mye mindre mengder i stjerner og støv.

Større galakser beholder tre til fire ganger mer

Tapene ser ekstreme ut sammenlignet med større galakser. Studien samler tidligere resultater som viser at tilbakeholdelsen øker med en faktor på tre til fire for galakser på rundt ti milliarder solmasser og oppover, der det meste av det beholdte oksygenet er bundet i stjerner snarere enn i gass. Andromeda, den store spiralgalaksen nærmest Melkeveien, har holdt på 38 prosent av sine tunge grunnstoffer, det meste i stjerner, ifølge en tidligere analyse av Telford og kolleger som brukte en lignende metode.

Den vanlige forklaringen er gravitasjon. En liten galakse har en grunn gravitasjonsbrønn, så sjokkbølgene fra eksploderende stjerner kan drive gass ut i hastigheter som galaksen ikke kan holde på. GLOW-dataene passer med en enkel modell der de flyktende vindene har omtrent dobbelt så høy oksygenkonsentrasjon som gassen som blir igjen, og der disse galaksene også trekker inn omtrent 40 prosent mindre frisk gass fra det intergalaktiske rommet enn deres andel av universets vanlige materie skulle tilsi.

I den lave enden finner vi Leo P, en svak dverggalakse som samme gruppe studerte tidligere, som har beholdt 5 prosent av oksygenet sitt. Noen av Melkeveiens egne satellitter har bare 1 til 3 prosent, men den større galaksen har også strippet dem for gass, så tapene deres har en annen årsak.

Omgivelsene ser også ut til å spille en rolle. Dverggalakser som befinner seg mer enn omtrent 3 millioner lysår fra en stor nabo, beholder konsekvent en lav andel av oksygenet sitt. De som er nærmere en stor galakse, i tettere omgivelser, har en tendens til å beholde mer, muligens fordi ytre trykk presser utkastet gass tilbake, eller fordi de feier opp oksygen som er kastet ut av andre. Og i motsetning til hva teamet forventet, samsvarte ikke hvor mye oksygen en galakse beholdt med dens posisjon på den standarde relasjonen mellom en galakses masse og oksygeninnholdet i gassen.

Simuleringene får kjemien riktig og oksygenbudsjettet galt

Det siste resultatet er grunnen til at studien betyr noe utover dverggalakser. Kosmologiske simuleringer er finjustert for å gjengi masse-metallisitets-relasjonen, og de tre som teamet sammenlignet med, gjør alle dette bra ved disse massene. Likevel beholder de samme simuleringene for mye oksygen inne i galaksene sine; ett sett forutsier to til fire ganger høyere tilbakeholdelse enn målt. De forutsier også at tilbakeholdelsen bør øke kraftig med massen, noe de samlede observasjonene ikke viser.

Simuleringene lander på den riktige gjennomsnittlige kjemien samtidig som de flytter oksygenet rundt på feil måte. Forfatterne argumenterer for at denne typen feilpasning kan skille mellom konkurrerende oppskrifter for stjernerespons, energien som tilføres av supernovaer og massive stjerner, som enhver simulering må tilnærme seg fordi den ikke kan oppløse individuelle eksplosjoner.

Det opptellingen ikke avgjør

Det største åpne spørsmålet er hvor det manglende oksygenet ble av. Ultrafiolette observasjoner av glorien av diffus gass rundt noen av disse galaksene har oppdaget høyt ionisert oksygen, men det utgjør bare 1 til 7 prosent av oksygenet som er produsert. Korrigering for oksygen i andre tilstander kan øke gloriens andel til et sted mellom 5 og 35 prosent, et spenn som lar spørsmålet stå åpent om det meste av oksygenet ligger nær galaksen sin eller har rømt ut i det intergalaktiske rommet for godt. Teamet bemerker at selv den korreksjonen kanskje ikke holder hvis gassen i glorien er i ubalanse.

Revisjonen hviler også på forutsetninger. Stjernemassene har en usikkerhet på omtrent 33 prosent, og oksygenet som produseres, avhenger av de antatte supernova-utbyttene og av blandingen av stjernemasser som antas ved fødselen. Simuleringene bruker også forskjellige utbytter og forskjellige definisjoner av hvor en galakse slutter, så forfatterne advarer mot strenge tall-til-tall-sammenligninger, samtidig som de kaller de overordnede trendene robuste. Mønsteret knyttet til omgivelser kommer fra et lite utvalg og beskrives som foreløpig, og de 37 galaksene er alle gassrike, stjernedannende feltdverger i vårt kosmiske nabolag, ikke alle slags små galakser.

Vanlige spørsmål om dverggalakser og manglende oksygen

Hva er en dverggalakse?

En dverggalakse er en liten galakse med noen få tusen til hundrevis av millioner stjerner, mot hundrevis av milliarder i Melkeveien. Dverger er de mest tallrike galaksene i universet. De i denne studien er rike på gass og danner fortsatt stjerner.

Hvor kommer oksygenet i en galakse fra?

Nesten alt sammen blir laget inne i massive stjerner og frigjort når de eksploderer som supernovaer. Hver generasjon stjerner beriker den omkringliggende gassen, og senere stjerner og planeter dannes fra dette anrikede materialet. Oksygenet i jordens luft og vann ble smidd på denne måten lenge før solen eksisterte.

Hvor ble det av det manglende oksygenet?

Supernovadrevne vinder presset det ut av galaksene. En del av det sitter i en diffus glorie av gass rundt hver galakse, men det målte oksygenet i glorien dekker bare en liten brøkdel av underskuddet. Resten kan ha rømt helt ut i det intergalaktiske rommet, og dagens data kan ennå ikke avgjøre hvilket.

Hvorfor mister små galakser mer oksygen enn store?

Gravitasjonen deres er svakere, så energien fra eksploderende stjerner kan lettere løfte gass ut av dem. Store spiralgalakser som Andromeda beholder en mye større andel, for det meste bundet inne i stjernene sine. GLOW-galaksene beholdt i gjennomsnitt omtrent en tiendedel.

Roman skal lete etter enda svakere galakser

GLOW-opptellingen ble publisert 2. november 2026 i The Astrophysical Journal, sammen med et følgeatlas over galaksedataene i Astrophysical Journal Supplement Series; forhåndspublikasjoner hadde blitt lagt ut i august. McQuinn har et godkjent program på det nylig oppskutte Roman-romteleskopet for å finne enda mindre og svakere galakser over et stort himmelområde, som hun deretter håper å studere i dybden med Hubble og James Webb-romteleskopet. Telford bruker Hubble til å undersøke de individuelle massive stjernene som lager oksygenet i flere GLOW-galakser og driver det ut av dem.

Referanse: McQuinn et al., «GLOW. II. A Census of Oxygen in Low-mass Galaxies,» The Astrophysical Journal, 2026. DOI: 10.3847/1538-4357/ae93a6

Tagger: astronomi, Hubble, dverggalakser, NGC 4449, oksygen, supernovaer