Hubble mostra que galáxias anãs retiveram só 11% do oxigênio de suas estrelas

As pequenas galáxias ao redor da Via Láctea perderam quase todo o oxigênio que suas próprias estrelas produziram. Um censo baseado em observações do Telescópio Espacial Hubble mostra que uma galáxia anã típica ainda retém apenas cerca de um átomo de oxigênio em cada nove que suas estrelas forjaram; o resto não está mais dentro da galáxia, onde os astrônomos podem contá-lo.

O oxigênio é o elemento mais abundante depois do hidrogênio e do hélio, e os astrônomos o usam como substituto para todos os elementos mais pesados, a matéria-prima dos planetas rochosos, da água e dos seres vivos. As galáxias anãs são o tipo mais comum de galáxia no universo. Se elas rotineiramente descartam a maior parte do que suas estrelas produzem, uma grande fração dos elementos pesados do cosmos acabou no espaço quase vazio entre as galáxias. E as simulações de computador que acertam o resto da química de uma galáxia preveem que muito mais deveria ter ficado para trás.

O projeto, chamado Galáxias Perdendo Oxigênio Através de Ventos (GLOW, na sigla em inglês), estudou 37 galáxias anãs ricas em gás que ainda estão formando estrelas. Elas retêm entre 4% e 25% do oxigênio que suas estrelas produziram, 10,7% em média. Um conjunto de simulações de galáxias amplamente utilizado prevê de duas a quatro vezes mais.

A análise foi liderada por Kristen McQuinn, astrônoma 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 foi publicada no The Astrophysical Journal. “Sabemos que o oxigênio teve que estar dentro das galáxias em algum momento no passado, então o oxigênio deve ter sido ejetado”, disse a co-investigadora Grace Telford, professora assistente da Universidade de Utah. “E para fazer isso, é preciso energia de estrelas massivas e explosões de supernovas para expelir material das galáxias hospedeiras para o espaço entre as galáxias.”

Como fazer um inventário de oxigênio em uma galáxia

O estudo funciona como uma auditoria. Primeiro, a equipe estimou quanto oxigênio cada galáxia produziu ao longo de sua vida. A maior parte do oxigênio vem de estrelas massivas que terminam como supernovas, então a quantidade produzida acompanha a massa total de estrelas que uma galáxia formou. Os pesquisadores mediram essa massa a partir da luz infravermelha registrada pelo já aposentado Telescópio Espacial Spitzer, da NASA, e a converteram em oxigênio usando um rendimento padrão, a massa de novo oxigênio liberado para cada unidade de gás transformada em estrelas.

Em seguida, eles contaram o que ainda está lá. As imagens de arquivo do Hubble resolvem as estrelas individuais de cada galáxia, e as cores e brilhos dessas estrelas revelam quando elas se formaram e quanto oxigênio elas aprisionaram. Rádio telescópios, o Very Large Array no Novo México e o Australia Telescope Compact Array, pesaram o gás hidrogênio através do fraco sinal de rádio que ele emite. Espectros ópticos das nuvens brilhantes ao redor de estrelas jovens forneceram o teor de oxigênio desse gás, e uma correção para o oxigênio preso em grãos de poeira completou o balanço.

As galáxias foram escolhidas de propósito. Elas estão a cerca de 3 a 20 milhões de anos-luz de distância, perto o suficiente para o Hubble distinguir estrelas individuais, o que é impossível para a maioria das galáxias anãs conhecidas. Suas massas variam de alguns milhões a alguns bilhões de vezes a massa do Sol, a faixa onde a teoria prevê que os ventos de supernovas causam mais danos. Nenhuma delas orbita uma galáxia grande como satélite. Do oxigênio que retiveram, quase todo está em seu gás, com quantidades muito menores em estrelas e poeira.

Galáxias maiores retêm de três a quatro vezes mais

As perdas parecem extremas em comparação com galáxias maiores. O estudo compila resultados anteriores mostrando que a retenção aumenta por um fator de três a quatro para galáxias de cerca de dez bilhões de massas solares ou mais, onde a maior parte do oxigênio retido está presa em estrelas, e não em gás. Andrômeda, a grande espiral mais próxima da Via Láctea, reteve 38% de seus elementos pesados, a maior parte em estrelas, de acordo com uma análise anterior de Telford e colegas usando um método semelhante.

A explicação usual é a gravidade. Uma galáxia pequena tem um poço gravitacional raso, então as ondas de choque de estrelas em explosão podem expelir gás a velocidades que a galáxia não consegue segurar. Os dados do GLOW se ajustam a um modelo simples no qual os ventos que escapam carregam cerca de duas vezes a concentração de oxigênio do gás deixado para trás, e no qual essas galáxias também atraem cerca de 40% menos gás fresco do espaço intergaláctico do que sua parcela da matéria comum do universo sugeriria.

Na extremidade inferior, Leo P, uma anã tênue que o mesmo grupo estudou anteriormente, reteve 5% de seu oxigênio. Alguns dos próprios satélites da Via Láctea retêm apenas 1% a 3%, mas a galáxia maior também os despojou de seu gás, então suas perdas têm uma causa diferente.

O ambiente também parece importar. Galáxias anãs a mais de cerca de 3 milhões de anos-luz de qualquer vizinho grande consistentemente retêm uma baixa parcela de seu oxigênio. Aquelas mais próximas de uma galáxia grande, em ambientes mais densos, tendem a reter mais, possivelmente porque a pressão externa empurra o gás expelido de volta ou porque elas varrem o oxigênio expelido por outras. E, ao contrário do que a equipe esperava, quanto oxigênio uma galáxia retinha não se alinhava com sua posição na relação padrão entre a massa de uma galáxia e o teor de oxigênio de seu gás.

Simulações acertam a química e erram o orçamento de oxigênio

Esse último resultado é por que o estudo importa além das galáxias anãs. Simulações cosmológicas são ajustadas para reproduzir a relação massa-metalicidade, e as três que a equipe comparou todas o fazem bem nessas massas. No entanto, as mesmas simulações retêm oxigênio demais dentro de suas galáxias; um conjunto prevê retenção de duas a quatro vezes maior do que a medida. Elas também preveem que a retenção deve aumentar acentuadamente com a massa, o que as observações combinadas não mostram.

As simulações acertam a química média enquanto movem o oxigênio da maneira errada. Os autores argumentam que esse tipo de incompatibilidade pode separar receitas concorrentes para o feedback estelar, a energia injetada por supernovas e estrelas massivas que toda simulação tem que aproximar porque não consegue resolver explosões individuais.

O que o censo não resolve

A maior questão em aberto é para onde foi o oxigênio desaparecido. Observações ultravioleta do halo de gás difuso ao redor de algumas dessas galáxias detectaram oxigênio altamente ionizado, mas isso representa apenas 1% a 7% do oxigênio produzido. Corrigir para o oxigênio em outros estados poderia elevar a parcela do halo para algo entre 5% e 35%, uma faixa que deixa em aberto se a maior parte do oxigênio permanece perto de sua galáxia ou escapou para o espaço intergaláctico para sempre. A equipe observa que mesmo essa correção pode não se sustentar se o gás do halo estiver fora de equilíbrio.

A auditoria também se baseia em suposições. As massas estelares carregam uma incerteza de cerca de 33%, e o oxigênio produzido depende dos rendimentos de supernova adotados e da mistura de massas estelares assumida no nascimento. As simulações também usam rendimentos diferentes e definições diferentes de onde uma galáxia termina, então os autores alertam contra comparações estritas de número a número, embora chamem as tendências gerais de robustas. O padrão ambiental vem de uma amostra pequena e é descrito como tentativo, e as 37 galáxias são todas anãs de campo ricas em gás e formadoras de estrelas em nossa vizinhança cósmica, não todos os tipos de galáxias pequenas.

Perguntas comuns sobre galáxias anãs e oxigênio desaparecido

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 bilhões na Via Láctea. As anãs são as galáxias mais numerosas no universo. As deste estudo são ricas em gás e ainda estão formando estrelas.

De onde vem o oxigênio em uma galáxia?

Quase todo ele é produzido dentro de estrelas massivas e liberado quando elas explodem como supernovas. Cada geração de estrelas enriquece o gás circundante, e estrelas e planetas posteriores se formam a partir desse material enriquecido. O oxigênio no ar e na água da Terra foi forjado dessa forma muito antes de o Sol existir.

Para onde foi o oxigênio desaparecido?

Ventos impulsionados por supernovas o empurraram para fora das galáxias. Parte dele está em um halo difuso de gás ao redor de cada galáxia, mas o oxigênio medido no halo cobre apenas uma pequena fração do déficit. O resto pode ter escapado completamente para o espaço intergaláctico, e os dados atuais ainda não podem dizer qual.

Por que galáxias pequenas perdem mais oxigênio do que as grandes?

Sua gravidade é mais fraca, então a energia de estrelas em explosão pode levantar gás mais facilmente para fora delas. Grandes espirais como Andrômeda retêm uma parcela muito maior, principalmente presa dentro de suas estrelas. As galáxias do GLOW retiveram cerca de um décimo em média.

Roman vai procurar galáxias ainda mais tênues

O censo do GLOW foi publicado em 2 de novembro de 2026, no The Astrophysical Journal, junto com um atlas complementar dos dados das galáxias no Astrophysical Journal Supplement Series; pré-impressões haviam sido postadas em agosto. McQuinn tem um programa aprovado no recém-lançado Telescópio Espacial Roman para encontrar galáxias ainda menores e mais tênues em uma ampla área do céu, que ela espera então estudar em profundidade com o Hubble e o Telescópio Espacial James Webb. Telford está usando o Hubble para examinar as estrelas massivas individuais que produzem o oxigênio 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

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