Hubble mostra que as galáxias anãs só retêm 11% do oxigénio das suas estrelas

As pequenas galáxias que rodeiam a Via Láctea perderam quase todo o oxigénio que as suas próprias estrelas produziram. Um censo construído a partir de observações do Telescópio Espacial Hubble conclui que uma galáxia anã típica conserva ainda apenas cerca de um átomo de oxigénio em cada nove que as suas estrelas forjaram; o resto já não está dentro da galáxia, onde os astrónomos o possam contar.

O oxigénio é o elemento mais abundante depois do hidrogénio e do hélio, e os astrónomos usam-no como substituto de todos os elementos mais pesados, a matéria-prima dos planetas rochosos, da água e dos seres vivos. As galáxias anãs são as mais comuns do universo. Se deitam rotineiramente fora a maior parte do que as suas estrelas produzem, uma grande parte dos elementos pesados do cosmos acabou no espaço quase vazio entre as galáxias. E as simulações computacionais que acertam no resto da química de uma galáxia dizem que muito mais deveria ter ficado para trás.

O projeto, chamado Galaxies Losing Oxygen via Winds (GLOW), estudou 37 galáxias anãs ricas em gás que ainda formam estrelas. Retêm entre 4% e 25% do oxigénio que as suas estrelas produziram, 10,7% em média. Um conjunto de simulações de galáxias amplamente utilizado prevê duas a quatro vezes mais.

A análise foi liderada por Kristen McQuinn, astrónoma do Space Telescope Science Institute e da Universidade Rutgers que dirige o centro de operações científicas do telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA, e é publicada no The Astrophysical Journal. «Sabemos que o oxigénio teve de estar dentro das galáxias em algum momento do passado, por isso o oxigénio deve ter sido expelido», afirmou a co-investigadora Grace Telford, professora auxiliar na Universidade do Utah. «E, para isso, é preciso energia de estrelas massivas e de explosões de supernova para empurrar material para fora das galáxias hospedeiras e para o espaço entre galáxias.»

Como fazer um inventário do oxigénio de uma galáxia

O estudo funciona como uma auditoria. Primeiro, a equipa estimou quanto oxigénio cada galáxia produziu ao longo da sua vida. A maior parte do oxigénio vem de estrelas massivas que terminam como supernovas, pelo que a quantidade produzida acompanha a massa total de estrelas que uma galáxia formou. Os investigadores mediram essa massa a partir da luz infravermelha registada pelo já retirado Telescópio Espacial Spitzer da NASA e converteram-na em oxigénio com um rendimento padrão, a massa de oxigénio novo libertada por cada unidade de gás transformada em estrelas.

Depois, contaram o que ainda lá está. As imagens de arquivo do Hubble resolvem as estrelas individuais de cada galáxia, e as cores e os brilhos dessas estrelas revelam quando se formaram e quanto oxigénio fixaram. Os radiotelescópios, o Very Large Array, no Novo México, e o Australia Telescope Compact Array, pesaram o gás hidrogénio através do ténue sinal de rádio que este emite. Os espetros óticos das nuvens brilhantes em torno de estrelas jovens deram o teor de oxigénio desse gás, e uma correção para o oxigénio preso nos grãos de poeira completou a contagem.

As galáxias foram escolhidas de propósito. Encontram-se a cerca de 3 a 20 milhões de anos-luz de distância, suficientemente perto para que o Hubble distinga estrelas individuais, o que é impossível para a maioria das galáxias anãs conhecidas. As suas massas vão de alguns milhões a alguns milhares de milhões de vezes a massa do Sol, o intervalo em que a teoria prevê que os ventos de supernova causem mais danos. Nenhuma delas orbita uma grande galáxia como satélite. Do oxigénio que conservaram, quase todo está no seu gás, com quantidades muito menores nas estrelas e na poeira.

As galáxias maiores conservam três a quatro vezes mais

As perdas parecem extremas ao lado das galáxias maiores. O estudo compila resultados anteriores que mostram que a retenção sobe por um fator de três a quatro para galáxias com cerca de dez mil milhões de massas solares ou mais, onde a maior parte do oxigénio conservado está presa nas estrelas e não no gás. Andrómeda, a grande espiral mais próxima da Via Láctea, reteve 38% dos seus elementos pesados, a maior parte nas estrelas, segundo uma análise anterior de Telford e colegas com um método semelhante.

A explicação habitual é a gravidade. Uma galáxia pequena tem um poço gravitacional pouco profundo, pelo que as ondas de choque das estrelas em explosão podem empurrar o gás a velocidades que a galáxia não consegue segurar. Os dados do GLOW encaixam num modelo simples em que os ventos que escapam transportam cerca de duas vezes a concentração de oxigénio do gás que fica para trás, e em que estas galáxias também atraem cerca de 40% menos gás fresco do espaço intergaláctico do que a sua quota da matéria ordinária do universo sugeriria.

No extremo inferior, Leo P, uma anã ténue estudada anteriormente pelo mesmo grupo, conservou 5% do seu oxigénio. Alguns dos satélites da própria Via Láctea retêm apenas 1% a 3%, mas a galáxia maior também os despojou do seu gás, pelo que as suas perdas têm uma causa diferente.

O ambiente também parece importar. As galáxias anãs a mais de cerca de 3 milhões de anos-luz de qualquer vizinho grande conservam consistentemente uma baixa fração do seu oxigénio. As que estão mais perto de uma grande galáxia, em ambientes mais densos, tendem a reter mais, possivelmente porque a pressão externa empurra de volta o gás expelido ou porque recolhem oxigénio lançado por outras. E, ao contrário do que a equipa esperava, a quantidade de oxigénio que uma galáxia conservou não se alinhou com a sua posição na relação padrão entre a massa de uma galáxia e o teor de oxigénio do seu gás.

As simulações acertam na química e erram no orçamento de oxigénio

Este último resultado é o motivo pelo qual o estudo é importante para além das galáxias anãs. As simulações cosmológicas são afinadas para reproduzir a relação massa-metalicidade, e as três com que a equipa comparou fazem-no bem nestas massas. No entanto, as mesmas simulações conservam demasiado oxigénio dentro das suas galáxias; um conjunto prevê uma retenção duas a quatro vezes superior à medida. Também preveem que a retenção deveria subir acentuadamente com a massa, o que as observações combinadas não mostram.

As simulações chegam à química média correta movendo o oxigénio da forma errada. Os autores defendem que este tipo de desfasamento pode separar receitas concorrentes de feedback estelar, a energia injetada pelas supernovas e pelas estrelas massivas que todas as simulações têm de aproximar porque não conseguem resolver explosões individuais.

O que o censo não resolve

A maior questão em aberto é para onde foi o oxigénio em falta. Observações ultravioleta do halo de gás difuso em torno de algumas destas galáxias detetaram oxigénio altamente ionizado, mas este representa apenas 1% a 7% do oxigénio produzido. Corrigir para o oxigénio noutros estados poderia elevar a quota do halo para algo entre 5% e 35%, um intervalo que deixa em aberto se a maior parte do oxigénio permanece perto da sua galáxia ou se escapou definitivamente para o espaço intergaláctico. A equipa nota que mesmo essa correção pode não se verificar se o gás do halo estiver fora de equilíbrio.

A auditoria assenta também em pressupostos. As massas estelares têm uma incerteza de cerca de 33%, e o oxigénio produzido depende dos rendimentos de supernova adotados e da mistura de massas estelares assumida à nascença. As simulações usam também rendimentos diferentes e definições diferentes de onde termina uma galáxia, pelo que os autores alertam contra comparações estritas número a número, embora considerem as tendências globais robustas. O padrão ambiental vem de uma amostra pequena e é descrito como preliminar, e as 37 galáxias são todas anãs de campo ricas em gás e com formação estelar na nossa vizinhança cósmica, não todos os tipos de galáxia pequena.

Perguntas frequentes sobre galáxias anãs e oxigénio em falta

O que é uma galáxia anã?

Uma galáxia anã é uma galáxia pequena com alguns milhares a centenas de milhões de estrelas, contra centenas de milhares de milhões na Via Láctea. As anãs são as galáxias mais numerosas do universo. As que constam deste estudo são ricas em gás e ainda formam estrelas.

De onde vem o oxigénio de uma galáxia?

Quase todo é produzido dentro de estrelas massivas e libertado quando estas explodem como supernovas. Cada geração de estrelas enriquece o gás circundante, e as estrelas e os planetas posteriores formam-se a partir desse material enriquecido. O oxigénio do ar e da água da Terra foi forjado assim muito antes de o Sol existir.

Para onde foi o oxigénio em falta?

Os ventos impulsionados por supernovas empurraram-no para fora das galáxias. Parte está num halo difuso de gás em torno de cada galáxia, mas o oxigénio medido no halo cobre apenas uma pequena fração do défice. O resto pode ter escapado por completo para o espaço intergaláctico, e os dados atuais ainda não permitem dizer qual.

Porque é que as galáxias pequenas perdem mais oxigénio do que as grandes?

A sua gravidade é mais fraca, pelo que a energia das estrelas em explosão consegue mais facilmente levantar o gás. Grandes espirais como Andrómeda conservam uma fração muito maior, sobretudo presa nas suas estrelas. As galáxias do GLOW conservaram cerca de um décimo em média.

O Roman vai procurar galáxias ainda mais ténues

O censo GLOW foi publicado a 2 de novembro de 2026, no The Astrophysical Journal, juntamente com um atlas complementar dos dados das galáxias no Astrophysical Journal Supplement Series; as pré-publicações tinham sido colocadas em agosto. McQuinn tem um programa aprovado no recém-lançado telescópio espacial Roman para encontrar galáxias ainda mais pequenas e ténues numa vasta área do céu, que espera depois estudar em profundidade com o Hubble e o Telescópio Espacial James Webb. Telford está a usar o Hubble para examinar as estrelas massivas individuais que produzem o oxigénio em várias galáxias do GLOW e o expulsam delas.

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

Etiquetas: astronomia, Hubble, galáxias anãs, NGC 4449, oxigénio, supernovas