Wetenschappers hebben een opvallend tekort aan zuurstof vastgesteld in een groep kleine sterrenstelsels. Uit een studie die is gepubliceerd in The Astrophysical Journal blijkt dat dwergstelsels met een lage massa moeite hebben om de chemische elementen die zij zelf produceren vast te houden. Deze ontdekking biedt nieuwe inzichten in hoe sterrenstelsels zich ontwikkelen.
Zuurstof als kosmische graadmeter
In de astronomie wordt zuurstof vaak gebruikt als een zogenaamde 'tracer'. Omdat dit element relatief eenvoudig te detecteren en te meten is, dient het als een praktische indicator om de verspreiding van andere zware elementen in kaart te brengen. Volgens universetoday.com helpt dit bij het bepalen van de aanwezigheid van stoffen zoals magnesium, nikkel, ijzer, zwavel en koolstof, welke essentieel zijn voor de vorming van planeten die leven kunnen ondersteunen.
De GLOW-studie en haar methodiek
Het onderzoek, dat de naam Galaxies Losing Oxygen via Winds (GLOW) draagt, richtte zich op 37 nabijgelegen dwergstelsels. Deze stelsels variëren sterk in omvang, met een populatie die reikt van enkele duizenden tot honderden miljoenen sterren. Om een accuraat beeld te krijgen, combineerde het onderzoeksteam gegevens van diverse geavanceerde instrumenten.
Naast observaties van de Hubble Space Telescope werd er gebruikgemaakt van data van de inmiddels gepensioneerde Spitzer Space Telescope van NASA. Daarnaast werden grondstations ingezet, waaronder de Australian Telescope Compact Array en de Very Large Array, zoals beschreven door .
De resultaten van deze analyse zijn treffend: gemiddeld is slechts 15 procent van de door de sterren geproduceerde zuurstof nog aanwezig binnen deze stelsels. Het grootste deel van deze resterende hoeveelheid bevindt zich in gasvorm, terwijl een kleiner deel is opgeslagen in sterren en stof.
Mechanisme van het zuurstofverlies
Zuurstof ontstaat hoofdzakelijk tijdens 'core-collapse' supernova's, waarbij massieve sterren aan het einde van hun leven explosief uiteenvallen. Een minimale hoeveelheid wordt geproduceerd door andere typen supernova's, die ontstaan wanneer restanten van sterren met een lage massa samensmelten of instabiel worden.
Grace Telford, assistent-professor aan de University of Utah en tweede auteur van het onderzoek, stelt dat de ontbrekende zuurstof waarschijnlijk uit de stelsels is gedreven. Krachtige explosies van supernova's en energetische straling van massieve sterren zorgen erover een lange periode voor dat zuurstofrijk gas wordt uitgestoten. In een analyse van wordt vermeld dat dit verloren gas zich nu vermoedelijk bevindt in de gasvormige halo's die de dwergstelsels omringen.
Betekenis voor de sterrenkunde
Voor het eerst is het gelukt om zowel de hoeveelheid geproduceerde zuurstof die behouden is gebleven als de hoeveelheid die is verloren gegaan in laag-massieve stelsels nauwkeurig te kwantificeren. Dit werpt een nieuw licht op de dynamiek van kleine sterrenstelsels. Het feit dat een zo groot deel van de chemische bouwstenen wordt uitgestoten, werpt een nieuw licht op de interactie tussen gasverlies en sterrenvorming in dwergstelsels.
De bevindingen onderstrepen dat de verspreiding van zware elementen in het universum niet enkel afhankelijk is van de productie in sterren. Het vermogen van een stelsel om zijn eigen materiaal vast te houden speelt een cruciale rol, zoals verder uitgewerkt in de berichtgeving van .