Hubble scopre un caso di ossigeno mancante in galassie nane vicine

Il telescopio spaziale Hubble della NASA ha appena rivelato un mistero nel nostro quartiere cosmico. Ha studiato 37 galassie nane vicine — piccole galassie contenenti da alcune migliaia a centinaia di milioni di stelle — e ha scoperto che gran parte dell’ossigeno che si aspettavano di vedere manca.

Il telescopio spaziale Hubble della NASA ha appena rivelato un mistero nel nostro quartiere cosmico.

In un articolo pubblicato lunedì su The Astrophysical Journal, i ricercatori che utilizzano Hubble hanno studiato 37 galassie nane vicine — piccole galassie contenenti da alcune migliaia a centinaia di milioni di stelle — e hanno scoperto che gran parte dell’ossigeno che si aspettavano di vedere manca.

Le simulazioni prevedono che in queste galassie dovrebbe risiedere significativamente più ossigeno, un tracciante di un insieme più ampio di elementi pesanti. Allora dove è finito?

“L’ossigeno è prodotto dalle stelle, che si trovano all’interno delle galassie. Sappiamo che l’ossigeno doveva trovarsi all’interno delle galassie in un momento del passato, quindi l’ossigeno deve essere stato espulso,” ha detto la co-investigatrice Grace Telford, professoressa assistente nel Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università dello Utah.

“E per farlo, serve energia da stelle massicce ed esplosioni di supernova per spingere il materiale fuori dalle galassie ospiti e nello spazio tra le galassie.”

I venti galattici scatenati dalle supernove sono apparentemente più efficaci nel rimuovere ossigeno dalle galassie a bassa massa di quanto prevedono i modelli attuali, secondo il nuovo studio.

I risultati mostrano che le galassie nane possono trattenere solo una piccola frazione dell’ossigeno prodotto dalle stelle.

Nel progetto Galaxies Losing Oxygen through Winds (GLOW), finanziato dalla NASA e dalla National Science Foundation, gli scienziati hanno tracciato l’ossigeno per capire come sia distribuito all’interno delle stelle, nel gas tra le stelle e nello spazio tra le galassie. Ma, tra tutti gli elementi nelle galassie, perché studiare l’ossigeno?

L’ossigeno, l’elemento più abbondante dopo idrogeno ed elio, è relativamente facile da rilevare e misurare, e la sua produzione è ben conosciuta — rendendolo un indicatore affidabile di come gli elementi chimici sono distribuiti in una galassia.

“Quindi, è davvero per ragioni pratiche che abbiamo scelto l’ossigeno”, ha detto Kristen Wingfield McQuinn, investigatrice principale GLOW e responsabile della missione del Science Operations Center per il neonato telescopio spaziale panoramico Nancy Grace Roman della NASA presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland. È anche professoressa associata presso la Rutgers University di New Brunswick, New Jersey.

“L’ossigeno è uno degli elementi principali formati dalle stelle. Essere in grado di tracciare quanta ossigeno viene prodotta, e poi quanto è distribuita dentro e fuori dalle galassie, ci aiuta a comprendere l’evoluzione galassica,” ha detto McQuinn.

“Ci aiuta anche a capire dove e quanto le galassie arricchiscono lo spazio tra le galassie, chiamato mezzo intergalattico.”

Lo studio utilizzò dati di imaging ottico d’archivio provenienti da Hubble per risolvere le popolazioni stellari e determinare le storie e composizioni della formazione stellare.

Insieme ai dati del telescopio spaziale Spitzer della NASA, ormai ritirato, così come al Very Large Array terrestre e all’Australian Telescope Compact Array, i ricercatori hanno analizzato 37 galassie nane vicine per tracciare atomi di ossigeno prodotti dalle stelle.

Il team voleva capire come l’ossigeno venga distribuito tra le stelle, il gas e la polvere nelle galassie.

Queste galassie nane sono state selezionate perché le loro masse si dividono nell’intervallo in cui simulazioni e teoria prevedono che una quantità crescente del loro ossigeno verrà espulsa dalle galassie tramite esplosioni di supernove.

Queste 37 galassie sono anche abbastanza vicine da permettere a Hubble di risolvere le loro singole stelle.

Questo non è vero per la stragrande maggioranza delle galassie nane conosciute, che sono troppo lontane per questo tipo di studio.

Sebbene gli astronomi sospettassero già che le galassie espellano una grande frazione di ossigeno e altri elementi pesanti, una domanda aperta è stata dove finiscano questi metalli.

Uno studio precedente del 2014 ha affrontato questa domanda per galassie simili alla Via Lattea, che formano stelle, scoprendo che queste galassie hanno perso una grande frazione del loro ossigeno, parte del quale si trova negli aloni diffusi di gas che circondano le galassie al di fuori dei loro dischi, chiamati mezzo circumgalattico.

Nello studio GLOW, McQuinn e il suo team hanno esteso questa ricerca a galassie a bassa massa in una vasta gamma di masse e ambienti. Sebbene i team precedenti abbiano misurato l’ossigeno nel mezzo cirgalattico delle galassie nane, non è ancora chiaro se la maggior parte dell’ossigeno mancante si trovi in questa regione o se sia stato completamente espulso dall’ambiente circostante della galassia.

In futuro, McQuinn spera di studiare galassie di massa ancora più bassa nell’universo vicino. Ha un programma approvato per utilizzare il Telescopio Spaziale Romano per individuare questi sistemi deboli e minuscoli su un’ampia fascia di cielo.

Una volta identificate queste galassie, McQuinn spera di utilizzare Hubble e il James Webb Space Telescope della NASA per ottenere osservazioni più approfondite delle loro stelle.

Questo le avrebbe permesso di ricostruire la storia delle galassie per comprendere come abbiano formato le stelle nel tempo cosmico.

Il lavoro futuro di Telford prevede l’uso di Hubble per ingrandire le singole stelle massicce che producono ossigeno ed espulsero dalle galassie ospiti.

Sta usando alcuni dei bersagli GLOW vicini per ottenere osservazioni molto dettagliate e caratterizzare come le stelle massicce siano diverse in queste piccole galassie.

Il telescopio spaziale Hubble opera da oltre tre decenni e continua a compiere scoperte rivoluzionarie che plasmano la nostra comprensione fondamentale dell’universo. Hubble è un progetto di cooperazione internazionale tra la NASA e l’ESA (Agenzia Spaziale Europea).

Il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, gestisce il telescopio e le operazioni della missione. Lockheed Martin Space, con sede a Denver, supporta anche le operazioni missionarie presso Goddard. L’Istituto di Scienze del Telescopio Spaziale di Baltimora, gestito dall’Association of Universities for Research in Astronomy, conduce le operazioni scientifiche Hubble per la NASA.

 

Image: NASA, ESA, Hubble Heritage–ESA/Hubble Collaboration, Alessandra Aloisi (STScI, ESA)