Eine Untersuchung von Daten des Hubble Space Telescope hat eine deutliche Diskrepanz zwischen dem erwarteten und dem tatsächlich vorhandenen Sauerstoffgehalt in kleinen Galaxien zutage gefördert.
In einer im Fachblatt The Astrophysical Journal veröffentlichten Arbeit analysierten Forschende 37 nahegelegene Zwerggalaxien, die zwischen einigen Tausend und Hunderten Millionen Sternen umfassen. Dabei zeigte sich, dass diese Sternsysteme lediglich einen Bruchteil des von ihren Sternen erzeugten Sauerstoffs behalten haben.
Die analysierten Zwerggalaxien verfügen im Durchschnitt nur noch über rund elf Prozent des Sauerstoffs, den ihre Sterne im Laufe der Zeit produziert haben. Die Werte streuen zwischen vier Prozent bei den am wenigsten effizienten Systemen und bis zu 25 Prozent bei den am besten speichernden Zwerggalaxien.
Der größte Teil des Elements fehlt somit. Da Sauerstoff nach Wasserstoff und Helium das häufigste Element im Universum ist und sich gut nachweisen lässt, dient er Forschenden als Indikator dafür, wie sich Galaxien im Laufe der Zeit verändern und wie Elemente im Kosmos verteilt werden.
Verantwortlich für den Verlust sind nach Ansicht der Wissenschaftler massive Sterne, die am Ende ihres Lebens in Form von Supernova-Explosionen verenden. Diese gewaltigen Sternexplosionen erzeugen enorme Energiemengen und starke galaktische Winde. Da Zwerggalaxien über eine vergleichsweise schwache Schwerkraft verfügen, können sie das herausgeschleuderte Material nur schwer halten. Der Sauerstoff wird dadurch aus den Hauptkörpern der Galaxien in den umliegenden Raum getrieben.
Für ihre Analysen kombinierte das Team um die Hauptverantwortliche Kristen Wingfield McQuinn vom Space Telescope Science Institute archivierte optische Bilddaten des Hubble Space Telescope, die detaillierte Blicke auf einzelne Sterne und deren Entstehungsgeschichte erlauben, mit Aufnahmen des mittlerweile außer Dienst gestellten Spitzer Space Telescope sowie bodengestützter Teleskope wie dem Very Large Array und dem Australian Telescope Compact Array.
Die Untersuchungen liefen im Rahmen des Projekts GLOW (Galaxies Losing Oxygen via Winds), das unter anderem von der National Science Foundation und der NASA finanziert wird.
Neben den internen Prozessen spielt auch die räumliche Umgebung eine Rolle. Zwerggalaxien in dichter besiedelten Regionen und in der Nähe größerer Galaxien behielten tendenziell mehr Sauerstoff zurück als isolierte Systeme, was möglicherweise auf umgebendes Gas oder das Wiedereinfangen von zuvor herausgeschleudertem Material zurückzuführen ist.
Trotz der präzisen Daten bleibt die zentrale Frage offen, wohin der Großteil des verschwundenen Sauerstoffs gelangt ist. Bisherige Studien an größeren, sternbildenden Milchstraßen-Analogen hatten gezeigt, dass ein Teil des Sauerstoffs in den umgebenden Gashüllen, dem sogenannten circumgalaktischen Medium, zu finden ist.
Bei den untersuchten Zwerggalaxien lässt sich jedoch nicht mit Sicherheit sagen, ob sich das fehlende Element überwiegend in diesen Regionen befindet oder vollständig in das intergalaktische Medium entwichen ist.
Um diese Fragen zu klären, sind weitere Beobachtungen geplant. McQuinn beabsichtigt, künftig noch kleinere und lichtschwächere Systeme mithilfe des kommenden Nancy Grace Roman Space Telescope aufzuspüren und deren Sternpopulationen mit dem James Webb Space Telescope sowie dem Hubble-Teleskop genauer zu untersuchen.
Koautorin Grace Telford von der University of Utah plant zudem, massereiche Sterne direkt ins Visier zu nehmen, um deren Rolle bei der Sauerstoffproduktion und dem Ausstoß aus den Wirtsgalaxien detaillierter nachzuvollziehen.
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