私たちに最も近い矮小銀河——数千個、あるいは数億個の恒星を擁する小さな星の島々——で、奇妙な欠乏が見つかった。ハッブル宇宙望遠鏡は示した。そこでは酸素がモデルの予測よりはるかに少ない、と。恒星が生み出したガスは、まるで消えてしまったかのようだ。
GLOW（Galaxies Losing Oxygen via Winds、すなわち風によって酸素を失う銀河）プロジェクトの研究は37のこうした系を対象とした。科学者たちは酸素の行方を追った——酸素は水素とヘリウムに次いで最も多い元素の一つであり、重元素の便利な指標である。それは大質量星の内部で形成され、超新星爆発の際に宇宙空間へ放出される。シミュレーションは、そのかなりの部分が銀河内部に留まるはずだと示していた。ハッブルによる観測は、スピッツァー宇宙望遠鏡のアーカイブデータや地上の電波干渉計の観測と合わせて、別の光景を描き出した。矮小銀河は生成された酸素のごく一部しか保持していないのである。
「酸素は銀河内部の恒星によって生み出される。かつては確かにそこにあったのだから、外へ放出されたに違いない」と、研究の共著者であるユタ大学のグレース・テルフォードは指摘する。そのためには大質量星と超新星爆発のエネルギーが必要で、物質を弱い重力ポテンシャルの外へ加速する。低質量銀河では、銀河風はモデルが想定していたよりも効率的に働いている。
プロジェクトの責任者であるクリステン・マックイーンは、この選択の実用的な側面を強調する。酸素は測定が容易であり、その起源もよく研究されている。酸素の量から、元素が恒星、星間ガス、銀河間空間の間でどのように分配されるかがわかる。これらのデータは、銀河の進化と、銀河が銀河間物質——やがて新しい構造がそこから育つかもしれない、あの極めて薄い織物——をどのように豊かにするのかを理解する助けとなる。
選ばれた銀河はいずれも近くにあるものだ。ハッブルはその中の個々の恒星を分解し、星形成の歴史を再現することができる。より遠方の系では、そうした詳細はまだ得られない。これまでにも、天の川銀河のような大型の渦巻銀河で同様の金属の「漏れ」が確認されている——物質の一部は周囲のガスハローに沈み込む。矮小銀河については、問いは未解決のままだ。酸素の大部分は近くに留まったのか、それともはるか遠くへ飛び去ったのか。
この結果は、小さな銀河が宇宙の化学組成にどのように影響するかについての認識を変える。初期宇宙では、まさにそうした銀河が支配的であり、その風は宇宙空間を積極的に「肥やし」ていたかもしれない。今日、これらの過程は私たちの目の前で続いており、個々の恒星の一生を銀河全体の運命と結びつけている。
その先には、さらに軽い天体が待っている。将来のナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡を用いて、最も暗い矮小銀河を見つけ、その後ハッブルとジェームズ・ウェッブで詳細に調べる計画だ。並行して、酸素を放出する大質量星そのものも調べられる。
局所的な欠乏に見えるものは、実のところ壮大な循環の一部である。恒星は元素を生み、爆発はそれらを撒き散らし、銀河は富を失い分かち合い、銀河の間の空間は未来の世界の建材でゆっくりと満たされていく。私たちは、「単純な」矮小銀河でさえ、今後数十億年にわたって宇宙の姿を形づくる複雑で精妙に調整された過程に関わっている宇宙に生きている。
