تلسکوپ هابل از کسری گسترده اکسیژن در کهکشان‌های کوتوله همسایه پرده برداشت

تلسکوپ فضایی هابل ناسا از کمبودی شیمیایی و چشمگیر در همسایگی کیهانی ما پرده برداشته است. پیمایش جامعی روی ۳۷ کهکشان کوتوله مجاور نشان می‌دهد که این سامانه‌های ستاره‌ای کوچک، بخش عمده اکسیژنی را که ستارگانشان طی میلیاردها سال ساخته‌اند، در اختیار ندارند.[1][3]

این یافته‌ها که در اواخر سال ۲۰۲۶ در قالب دو مقاله تحت پروژه «کهکشان‌های از دست‌دهنده اکسیژن بر اثر بادها» (GLOW) منتشر شد، مدل‌های کنونی تکامل کهکشان‌ها را با چالشی جدی روبه‌رو کرده است. پژوهشگران دریافتند این سامانه‌های کم‌جرم فقط بخش ناچیزی از عناصر سنگین خود را حفظ می‌کنند؛ پدیده‌ای که نشان می‌دهد نیروهای درونی با شدتی فراتر از تصور، این مواد را به بیرون پرتاب می‌کنند.[1][4][5]

اکسیژن در کوره‌های هسته‌ای ستارگان پرجرم پدید می‌آید و با پایان عمر این ستارگان و انفجارهای ابرنواختری در فضا رها می‌شود. در سامانه‌های عظیم‌تری چون راه شیری، گرانش هنگفت کهکشان بیشتر این مواد پرتاب‌شده را به دام می‌اندازد و آن‌ها را در نسل‌های بعدی ستارگان و سیارات بازیافت می‌کند.[1]

با این حال، کهکشان‌های کوتوله فاقد لنگرگاه گرانشی همتایان بزرگ‌تر خود هستند. وقتی ستارگان غول‌پیکر در این کهکشان‌ها منفجر می‌شوند، بادهای کهکشانی نیرومندی پدید می‌آورند که می‌توانند بر سرعت فرار کهکشان غلبه کنند و اکسیژن تازه‌تولیدشده را با شتاب به ژرفای فضا برانند.[1][4]

بازسازی پیشینه شیمیایی کهکشان‌ها

تیمی به سرپرستی کریستن وینگفیلد مک‌کوئین از دانشگاه راتگرز و مؤسسه علوم تلسکوپ فضایی، برای سنجش دقیق این هدررفت، مجموعه‌ای از رصدخانه‌ها را به کار گرفتند. پروژه GLOW داده‌های اپتیکی هابل را با تصویربرداری فروسرخ تلسکوپ بازنشسته اسپیتزر و رصدهای رادیویی آرایه بسیار بزرگ (VLA) ترکیب کرد.[1][5]

پژوهشگران با تفکیک ستارگان منفرد در این ۳۷ کهکشان — که همگی در فاصله تقریبی ۲۰ میلیون سال نوری از زمین قرار دارند — توانستند تاریخچه کامل ستاره‌زایی آن‌ها را بازسازی کنند. این رویکرد به آنان امکان داد مقدار دقیق اکسیژنی را که این کهکشان‌ها از زمان شکل‌گیری‌شان باید می‌ساختند، به روش عددی محاسبه نمایند.[5]

این نمونه شامل سامانه‌های نامنظم شناخته‌شده‌ای مانند NGC 4449 بود؛ کهکشان کوتوله‌ای با ستاره‌زایی فوق‌العاده شدید که در صورت فلکی تازی‌ها جای گرفته است. بررسی چنین کهکشان‌های پویایی به تیم اجازه داد پیامدهای بلادرنگ بازخورد ستاره‌ای شدید را مشاهده و میزان تخلیه گاز حاصل از آن را اندازه‌گیری کنند.[2][5]

حساب‌رسی مواد نشان‌دهنده کسری شدیدی در سرتاسر این نمونه‌ها بود. این کهکشان‌های کوتوله که جرم ستاره‌ای آن‌ها بین ۳ میلیون تا ۳ میلیارد برابر خورشید متغیر است، تنها بین ۴ تا ۲۵ درصد از اکسیژن ساخته‌شده در کوره ستارگانشان را نگه داشته‌اند.[4]

به طور میانگین، تنها ۱۱ درصد از اکسیژنی که این کهکشان‌ها ساخته‌اند در گاز میان‌ستاره‌ای آن‌ها باقی مانده است. ۸۹ درصد دیگر جاروب شده و به بیرون رانده شده است؛ امری که کهکشان‌ها را در مقایسه با پیشینه ستاره‌زایی‌شان، از نظر شیمیایی به شدت فقیر و متوقف نگه داشته است.[4]

شکاف آشکار میان رصدها و مدل‌های موجود

این نرخ تخلیه افراطی با شبیه‌سازی‌های هیدرودینامیکی کنونی از شکل‌گیری کهکشان‌ها همخوانی ندارد. اگرچه مدل‌های رایانه‌ای فعلی رابطه کلی بین جرم کهکشان و فلزینگی آن را به درستی پیش‌بینی می‌کنند، همواره برآوردشان این بوده که کهکشان‌های کوتوله باید سهم بسیار بزرگ‌تری از عناصر سنگین خود را حفظ کنند.[4]

این ناسازگاری نشان می‌دهد بادهای کهکشانیِ حاصل از بازخورد ستاره‌ای، بسیار کارآمدتر از آن‌چه نظریه‌پردازان می‌پنداشتند، گازها را جاروب می‌کنند. انرژی حاصل از ستارگان پرجرم و ابرنواخترها ظاهراً قادر است کهکشان‌های کم‌جرم را با بازدهی غافلگیرکننده‌ای از عناصر سنگین تهی کند.[1][4]

مقصد نهایی این اکسیژن گمشده هنوز به عنوان یک پرسش باز پیش روی پژوهشگران است. اخترشناسان می‌دانند بخشی از مواد بیرون‌رانده‌شده در محیط پیراکهکشانی آرام می‌گیرد؛ یعنی همان هاله پهناور گاز رقیقی که پیرامون کهکشان را احاطه کرده است.[1][4]

با این حال، هنوز روشن نیست که آیا عمده اکسیژن گمشده در این هاله پیراکهکشانی به دام افتاده یا شدت بادها به قدری بوده که آن را به کلی به بیرون پرتاب کرده است. این احتمال وجود دارد که گازها تا اعماق محیط میان‌کهکشانی — یعنی فضاهای خالی و گسترده میان کهکشان‌ها — رانده شده باشند.[1][4]

پیمایش GLOW سرنخ‌هایی ارائه داده که نشان می‌دهد محیط پیرامونی کهکشان در حفظ عناصر شیمیایی آن نقش دارد. کهکشان‌های کوتوله‌ای که در محیط‌های کیهانی چگال‌تر یا در فاصله حدود ۳ میلیون سال نوری از کهکشانی عظیم قرار داشتند، پراکندگی بیشتری به سوی درصدهای بالاتر نگه‌داشت اکسیژن نشان دادند.[4]

این اثر محیطی حاکی از آن است که شاید کهکشان‌ها در همسایگی‌های شلوغ بتوانند بخشی از اکسیژن پرتاب‌شده خود را دوباره جذب کنند. اثر گرانشی همسایگان پرجرم یا فشار گاز میان‌کهکشانی اطراف ممکن است بتواند بادهای رو به بیرون را مهار کرده و امکان بازگشت مواد را فراهم آورد.[4]

بذرپاشی عناصر در محیط میان‌کهکشانی

ردیابی این اکسیژنِ ازدست‌رفته برای درک تحول گسترده‌تر شیمیایی جهان اهمیتی بنیادین دارد. از آنجا که کهکشان‌های کوتوله پرتعدادترین نوع کهکشان در کیهان به شمار می‌روند، بازدم‌های جمعی آن‌ها عامل اصلی پراکندگی عناصر سنگین در جهان اولیه بوده است.[1][5]

مک‌کوئین در بیانیه ناسا توضیح داد: «این به ما کمک می‌کند تا بفهمیم کهکشان‌ها در کجا و تا چه میزان فضای میان‌کهکشانی را غنی می‌کنند.» سنجش این نرخ‌های جریان خروجی، به اخترشناسان کمک می‌کند چگونگی گذر کیهان به محیطی غنی از عناصر شیمیایی را نقشه‌برداری کنند.[1]

عناصر لازم برای تشکیل سیارات سنگی و حیات زیستی در اصل توسط همین کهکشان‌های کهن و کم‌جرم در سراسر گیتی پراکنده شدند. بدون بادهای کهکشانی سهمگین آن‌ها، این عناصر سنگین درون کهکشان‌های سازنده‌شان محبوس می‌ماندند.[1]

اخترشناسان برای فراتر بردن مرزهای این پژوهش، قصد دارند کهکشان‌هایی با جرم باز هم کمتر را بکاوند. مک‌کوئین و گروهش برنامه‌ای مصوب برای استفاده از تلسکوپ فضایی آینده ناسا، نانسی گریس رومن، در اختیار دارند تا کیهان را برای یافتن سامانه‌های کم‌نورتر و کم‌جرم‌تر رصد کنند.[1]

میدان دید گسترده تلسکوپ رومن به دانشمندان امکان می‌دهد کهکشان‌های کوتوله بسیار کوچک را در پهنه وسیعی از جهان نزدیک شناسایی کنند. با تحلیل این سامانه‌های حدی، پژوهشگران امیدوارند مشخص کنند آیا در کوچک‌ترین کهکشان‌های شناخته‌شده، کسر نگه‌داشت اکسیژن به عددی نزدیک‌تر به صفر سقوط می‌کند یا خیر.[1]