Hubble revela que las galaxias enanas solo retuvieron el 11% de su oxígeno

Las pequeñas galaxias que rodean la Vía Láctea perdieron casi todo el oxígeno que produjeron 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 de cada nueve que forjaron sus estrellas; el resto ya no está dentro de la galaxia, donde los astrónomos puedan contarlo.

El oxígeno es el elemento más abundante después del hidrógeno y el helio, y los astrónomos lo usan como representante de todos los elementos más pesados, la materia prima de los planetas rocosos, el agua y los seres vivos. Las galaxias enanas son las más comunes del universo. Si de manera habitual desechan la mayor parte de lo que producen sus estrellas, una gran porción de los elementos pesados del cosmos terminó en el espacio casi vacío que hay entre las galaxias. Y las simulaciones computacionales que aciertan en el resto de la química de una galaxia indican que mucho más debería haberse quedado adentro.

El proyecto, llamado Galaxies Losing Oxygen via Winds (GLOW), estudió 37 galaxias enanas ricas en gas que todavía forman estrellas. Retienen entre el 4 % y el 25 % del oxígeno que produjeron sus estrellas, con un promedio de 10,7 %. Un conjunto de simulaciones de galaxias muy utilizado predice entre dos y cuatro veces más.

El análisis fue liderado 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 en The Astrophysical Journal. «Sabemos que el oxígeno tuvo que estar dentro de las galaxias en algún momento del pasado, así que el oxígeno debió ser expulsado», dijo la coinvestigadora Grace Telford, profesora asistente de la Universidad de Utah. «Y para lograrlo se necesita energía de estrellas masivas y de explosiones de supernova que impulse el material fuera de las galaxias anfitrionas y hacia el espacio que hay entre ellas».

Cómo hacer un inventario del oxígeno de una galaxia

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

Después contaron lo que sigue ahí. 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 encerraron. Los radiotelescopios, el Very Large Array en Nuevo México y el Australia Telescope Compact Array, pesaron el gas de hidrógeno mediante la tenue señal de radio que emite. Los espectros ópticos de las nubes brillantes que rodean a las estrellas jóvenes dieron el contenido de oxígeno de ese gas, y una corrección por el oxígeno atrapado en granos de polvo completó la cuenta.

Las galaxias se eligieron a propósito. Están a unos 3 a 20 millones de años luz de distancia, lo bastante cerca para que el Hubble distinga estrellas individuales, algo imposible para la mayoría de las galaxias enanas conocidas. Sus masas van de unos pocos millones a unos pocos miles de millones de veces la masa del Sol, el rango en el que la teoría predice que los vientos de supernova deberían causar el mayor daño. Ninguna de ellas 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 frente a galaxias mayores. El estudio recopila resultados anteriores que muestran que la retención sube entre tres y cuatro veces en galaxias de alrededor de diez mil millones de masas solares en adelante, donde la mayor parte del oxígeno conservado está encerrado en estrellas y no en gas. Andrómeda, la gran espiral más cercana a la Vía Láctea, retuvo el 38 % de sus elementos pesados, la mayor parte en estrellas, según un análisis previo de Telford y colegas que usó un método similar.

La explicación habitual es la gravedad. Una galaxia pequeña tiene un pozo gravitacional poco profundo, así que las ondas de choque de las estrellas que explotan pueden impulsar el gas a velocidades que la galaxia no puede retener. Los datos de GLOW encajan con un modelo simple en el que los vientos que escapan llevan una concentración de oxígeno unas dos veces mayor que la del gas que queda atrás, y en el que estas galaxias además atraen alrededor de un 40 % menos de gas fresco del espacio intergaláctico de lo que sugeriría su porción de la materia ordinaria del universo.

En el extremo más pequeño, Leo P, una tenue enana que el mismo grupo estudió antes, conservó el 5 % de su oxígeno. Algunos satélites de la propia Vía Láctea retienen apenas entre el 1 % y el 3 %, pero la galaxia mayor también les arrancó el gas, así que sus pérdidas tienen otra causa.

El entorno también parece importar. Las galaxias enanas que están a más de unos 3 millones de años luz de cualquier vecino grande conservan de manera consistente una baja proporción de su oxígeno. Las que están más cerca de una galaxia grande, en entornos más densos, tienden a retener más, posiblemente porque la presión externa empuja de vuelta el gas expulsado o porque recogen oxígeno arrojado por otras. Y, al contrario de lo que el equipo esperaba, cuánto oxígeno conservaba una galaxia no coincidía con su posición en la relación estándar entre la masa de una galaxia y el contenido de oxígeno de su gas.

Las simulaciones aciertan en la química y fallan en el balance del oxígeno

Ese último resultado es la razón por la que el estudio importa más allá de las galaxias enanas. Las simulaciones cosmológicas están calibradas para reproducir la relación masa-metalicidad, y las tres con las que el equipo comparó lo logran 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 mayor que la medida. También predicen que la retención debería aumentar abruptamente con la masa, algo que las observaciones combinadas no muestran.

Las simulaciones llegan a la química promedio correcta mientras mueven el oxígeno de la manera equivocada. Los autores sostienen que este tipo de desajuste puede separar recetas rivales de 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 el oxígeno faltante. Las observaciones ultravioleta del halo de gas difuso que rodea a algunas de estas galaxias detectaron oxígeno altamente ionizado, pero representa solo entre el 1 % y el 7 % del oxígeno producido. Corregir por el oxígeno en otros estados podría elevar la porción del halo a entre el 5 % y el 35 %, un rango que deja abierto si la mayor parte del oxígeno permanece cerca de su galaxia o si escapó para siempre al espacio intergaláctico. El equipo señala que incluso esa corrección podría no sostenerse si el gas del halo está fuera de equilibrio.

La auditoría también descansa en supuestos. Las masas estelares tienen una incertidumbre de alrededor del 33 %, y el oxígeno producido depende de los rendimientos de supernova adoptados y de la mezcla de masas estelares supuesta al nacer. Las simulaciones también usan rendimientos distintos y definiciones distintas de dónde termina una galaxia, por lo que los autores advierten contra las comparaciones estrictas número a número, aunque califican las tendencias generales de robustas. El patrón ambiental proviene de una muestra pequeña y se describe como tentativo, y las 37 galaxias son todas enanas de campo ricas en gas y formadoras de estrellas en nuestro vecindario cósmico, no todo tipo de galaxia pequeña.

Preguntas frecuentes sobre las galaxias enanas y el oxígeno faltante

¿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 viene el oxígeno de una galaxia?

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

¿Adónde fue el oxígeno faltante?

Los vientos impulsados por supernovas lo empujaron fuera de las galaxias. Parte está 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 todavía no permiten saber cuál es el caso.

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

Su gravedad es más débil, así que la energía de las estrellas que explotan puede levantar el gas fuera de ellas con más facilidad. Las grandes espirales como Andrómeda conservan una proporción mucho mayor, en su mayoría encerrada en sus estrellas. Las galaxias de GLOW conservaron alrededor de una décima parte en promedio.

Roman buscará galaxias aún más tenues

El censo GLOW se publicó el 2 de noviembre de 2026 en The Astrophysical Journal, junto con un atlas complementario de los datos de las galaxias en Astrophysical Journal Supplement Series; los preprints se habían difundido en agosto. McQuinn tiene un programa aprobado en el recién lanzado telescopio espacial Roman para encontrar galaxias aún más pequeñas y tenues en una amplia zona del cielo, que luego espera estudiar a fondo con el Hubble y el telescopio espacial James Webb. Telford usa el 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: astronomía, Hubble, galaxias enanas, NGC 4449, oxígeno, supernovas