Hubble halla que las galaxias enanas solo retienen el 11 % de su oxígeno

Las pequeñas galaxias que rodean la Vía Láctea han perdido casi todo el oxígeno que fabricaron sus propias estrellas. Un censo basado en observaciones del telescopio espacial Hubble concluye que una galaxia enana típica conserva apenas alrededor de un átomo de oxígeno por cada nueve que han forjado sus estrellas; el resto ya no está dentro de la galaxia, donde los astrónomos pueden contabilizarlo.

El oxígeno es el elemento más abundante después del hidrógeno y el helio, y los astrónomos lo utilizan como indicador de todos los elementos más pesados, la materia prima de los planetas rocosos, el agua y los seres vivos. Las galaxias enanas son el tipo más común del universo. Si habitualmente expulsan la mayor parte de lo que producen sus estrellas, una gran proporción de los elementos pesados del cosmos ha terminado en el espacio casi vacío entre galaxias. Y las simulaciones por ordenador que reproducen correctamente el resto de la química de una galaxia indican que debería haberse retenido una cantidad mucho mayor.

El proyecto, denominado Galaxies Losing Oxygen via Winds (GLOW), estudió 37 galaxias enanas ricas en gas que todavía están formando estrellas. Retienen entre el 4 % y el 25 % del oxígeno que han producido sus estrellas, con una media del 10,7 %. Un conjunto de simulaciones de galaxias muy utilizado predice entre dos y cuatro veces más.

El análisis estuvo dirigido por Kristen McQuinn, astrónoma del Space Telescope Science Institute y de Rutgers University que dirige el centro de operaciones científicas del telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA, y aparece publicado en The Astrophysical Journal. «Sabemos que el oxígeno tuvo que estar dentro de las galaxias en algún momento del pasado, así que el oxígeno tuvo que haber sido expulsado», afirmó la coinvestigadora Grace Telford, profesora adjunta de la University of Utah. «Y, para conseguirlo, hace falta energía procedente de estrellas masivas y explosiones de supernovas que impulse material fuera de las galaxias anfitrionas y hacia el espacio entre galaxias».

Cómo hacer inventario del oxígeno de una galaxia

El estudio funciona como una auditoría. Primero, el equipo estimó cuánto oxígeno ha producido cada galaxia a lo largo de su vida. La mayor parte del oxígeno procede de estrellas masivas que terminan como supernovas, de modo que la cantidad fabricada sigue la masa total de estrellas que ha formado una galaxia. Los investigadores midieron esa masa a partir de la luz infrarroja registrada por el ya retirado telescopio espacial Spitzer de la NASA y la convirtieron en oxígeno mediante un rendimiento estándar, la masa de oxígeno nuevo liberada por cada unidad de gas transformada en estrellas.

Después contabilizaron lo que aún permanece. Las imágenes de archivo del Hubble resuelven las estrellas individuales de cada galaxia, y los colores y brillos de esas estrellas revelan cuándo se formaron y cuánto oxígeno atraparon. Los radiotelescopios, el Very Large Array de Nuevo México y el Australia Telescope Compact Array, midieron el gas de hidrógeno a través de la débil señal de radio que emite. Los espectros ópticos de las nubes brillantes que rodean a las estrellas jóvenes proporcionaron el contenido de oxígeno de ese gas, y una corrección por el oxígeno atrapado en granos de polvo completó el recuento.

Las galaxias fueron seleccionadas deliberadamente. Se encuentran aproximadamente entre 3 y 20 millones de años luz de distancia, lo bastante cerca para que Hubble pueda distinguir estrellas individuales, algo imposible en la mayoría de las galaxias enanas conocidas. Sus masas van desde unos pocos millones hasta unos pocos miles de millones de veces la masa del Sol, el intervalo en el que la teoría predice que los vientos de supernovas deberían causar más daños. Ninguna orbita una galaxia grande como satélite. Del oxígeno que conservaron, casi todo está en su gas, con cantidades mucho menores en estrellas y polvo.

Las galaxias más grandes conservan entre tres y cuatro veces más

Las pérdidas parecen extremas junto a las de galaxias mayores. El estudio recopila resultados anteriores que muestran que la retención aumenta entre tres y cuatro veces en galaxias de alrededor de diez mil millones de masas solares o más, donde la mayor parte del oxígeno retenido está atrapada en estrellas y no en gas. Andrómeda, la gran espiral más cercana a la Vía Láctea, ha conservado el 38 % de sus elementos pesados, la mayoría en estrellas, según un análisis anterior de Telford y sus colegas que empleó un método similar.

La explicación habitual es la gravedad. Una galaxia pequeña posee un pozo gravitatorio poco profundo, de modo que las ondas de choque de estrellas que explotan pueden impulsar gas hacia fuera a velocidades que la galaxia no puede retener. Los datos de GLOW encajan con un modelo sencillo en el que los vientos que escapan transportan aproximadamente el doble de concentración de oxígeno que el gas que queda atrás, y en el que estas galaxias también atraen alrededor de un 40 % menos de gas fresco del espacio intergaláctico de lo que sugeriría su parte de la materia ordinaria del universo.

En el extremo más pequeño, Leo P, una enana débil que el mismo grupo estudió anteriormente, ha conservado el 5 % de su oxígeno. Algunos de los propios satélites de la Vía Láctea retienen solo entre el 1 % y el 3 %, pero la galaxia mayor también les ha despojado de su gas, por lo que sus pérdidas tienen una causa distinta.

El entorno también parece importar. Las galaxias enanas situadas a más de unos 3 millones de años luz de cualquier vecina grande conservan sistemáticamente una proporción baja de su oxígeno. Las que están más cerca de una galaxia grande, en entornos más densos, tienden a retener más, posiblemente porque la presión exterior empuja de nuevo hacia dentro el gas expulsado o porque recogen oxígeno expulsado por otras. Y, en contra de lo que esperaba el equipo, la cantidad de oxígeno que conservó una galaxia no se correspondía con su posición en la relación estándar entre la masa de una galaxia y el contenido de oxígeno de su gas.

Las simulaciones aciertan con la química y fallan con el presupuesto de oxígeno

Este último resultado explica por qué el estudio importa más allá de las galaxias enanas. Las simulaciones cosmológicas se ajustan para reproducir la relación masa-metalicidad, y las tres con las que comparó el equipo lo hacen bien en estas masas. Sin embargo, esas mismas simulaciones conservan demasiado oxígeno dentro de sus galaxias; un conjunto predice una retención entre dos y cuatro veces superior a la medida. También predicen que la retención debería aumentar bruscamente con la masa, algo que las observaciones combinadas no muestran.

Las simulaciones obtienen la química media correcta, pero desplazan el oxígeno de forma equivocada. Los autores sostienen que este tipo de discrepancia puede separar recetas rivales para la retroalimentación estelar, la energía inyectada por las supernovas y las estrellas masivas que toda simulación debe aproximar porque no puede resolver explosiones individuales.

Lo que el censo no resuelve

La mayor pregunta abierta es adónde fue a parar el oxígeno desaparecido. Las observaciones ultravioletas del halo de gas difuso que rodea algunas de estas galaxias han detectado oxígeno muy ionizado, pero solo representa entre el 1 % y el 7 % del oxígeno producido. Corregir por el oxígeno en otros estados podría elevar la proporción del halo a algún punto entre el 5 % y el 35 %, un intervalo que deja abierta la cuestión de si la mayor parte del oxígeno permanece cerca de su galaxia o ha escapado definitivamente al espacio intergaláctico. El equipo señala que incluso esa corrección podría no ser válida si el gas del halo está fuera de equilibrio.

La auditoría también se apoya en supuestos. Las masas estelares presentan una incertidumbre de alrededor del 33 %, y el oxígeno producido depende de los rendimientos de supernova adoptados y de la distribución de masas estelares asumida al nacer. Las simulaciones también emplean rendimientos diferentes y definiciones distintas de dónde termina una galaxia, por lo que los autores advierten contra las comparaciones estrictas cifra a cifra, aunque consideran robustas las tendencias generales. El patrón ambiental procede de una muestra pequeña y se describe como provisional, y las 37 galaxias son todas enanas de campo ricas en gas y en formación estelar de nuestro vecindario cósmico, no cualquier tipo de galaxia pequeña.

Preguntas frecuentes sobre las galaxias enanas y el oxígeno desaparecido

¿Qué es una galaxia enana?

Una galaxia enana es una galaxia pequeña con unos pocos miles a cientos de millones de estrellas, frente a los cientos de miles de millones de la Vía Láctea. Las enanas son las galaxias más numerosas del universo. Las de este estudio son ricas en gas y todavía forman estrellas.

¿De dónde procede el oxígeno de una galaxia?

Casi todo se fabrica dentro de estrellas masivas y se libera cuando explotan como supernovas. Cada generación de estrellas enriquece el gas circundante, y estrellas y planetas posteriores se forman a partir de ese material enriquecido. El oxígeno del aire y el agua de la Tierra se forjó de este modo mucho antes de que existiera el Sol.

¿Adónde fue el oxígeno desaparecido?

Los vientos impulsados por supernovas lo expulsaron de las galaxias. Una parte se encuentra en un halo difuso de gas alrededor de cada galaxia, pero el oxígeno medido en el halo cubre solo una pequeña fracción del déficit. El resto puede haber escapado por completo al espacio intergaláctico, y los datos actuales aún no permiten determinar cuál de las dos posibilidades es la correcta.

¿Por qué las galaxias pequeñas pierden más oxígeno que las grandes?

Su gravedad es más débil, por lo que la energía de las estrellas que explotan puede sacar más fácilmente el gas de ellas. Las grandes espirales como Andrómeda conservan una proporción mucho mayor, sobre todo atrapada dentro de sus estrellas. Las galaxias de GLOW conservaron alrededor de una décima parte de media.

Roman buscará galaxias aún más débiles

El censo GLOW se publicó el 2 de noviembre de 2026 en The Astrophysical Journal, junto a un atlas complementario de los datos de las galaxias en el Astrophysical Journal Supplement Series; las prepublicaciones se habían difundido en agosto. McQuinn cuenta con un programa aprobado en el recién lanzado telescopio espacial Roman para encontrar galaxias todavía más pequeñas y débiles en una amplia zona del cielo, que después espera estudiar en profundidad con Hubble y el telescopio espacial James Webb. Telford está utilizando Hubble para examinar las estrellas masivas individuales que producen el oxígeno en varias galaxias de GLOW y lo expulsan de ellas.

Referencia: 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, galaxias enanas, NGC 4449, oxígeno, supernovas