In de dwergsterrenstelsels het dichtst bij ons, kleine sterreneilanden met duizenden of honderden miljoenen sterren, is een vreemd tekort ontdekt. De ruimtetelescoop Hubble liet zien: er is daar veel minder zuurstof dan de modellen voorspelden. Het gas dat door sterren wordt geboren, lijkt wel verdwenen.
Het onderzoek van het project GLOW (Galaxies Losing Oxygen via Winds) omvatte 37 van zulke systemen. Wetenschappers gingen na waar het zuurstof naartoe gaat — een van de meest voorkomende elementen na waterstof en helium, een handige marker voor zware stoffen. Het ontstaat in de inwendige lagen van zware sterren en wordt bij supernova-explosies de ruimte in geslingerd. Simulaties zeiden dat een aanzienlijk deel binnen de sterrenstelsels zou moeten blijven. De waarnemingen van Hubble, samen met gegevens van de archieftelescoop Spitzer en aardse radio-interferometers, schetsten een ander beeld: dwergsystemen houden slechts een klein deel van het geproduceerde zuurstof vast.
‘Zuurstof wordt door sterren binnen sterrenstelsels geboren. Ooit was het daar zeker aanwezig, dus het moet naar buiten zijn geslingerd,’ merkt medeauteur Grace Telford van de Universiteit van Utah op. Daarvoor is de energie nodig van zware sterren en supernova-explosies, die de stof voorbij de zwakke zwaartekrachtput stuwen. In sterrenstelsels met een lage massa werken galactische winden efficiënter dan de modellen hadden aangenomen.
Projectleider Kristen McQuinn benadrukt de praktische kant van de keuze: zuurstof is gemakkelijk te meten en de herkomst ervan is goed bestudeerd. Aan de hoeveelheid zuurstof is te zien hoe elementen worden verdeeld tussen sterren, interstellair gas en de ruimte tussen sterrenstelsels. Deze gegevens helpen de evolutie van sterrenstelsels te begrijpen en hoe zij het intergalactische medium verrijken — dat uiterst ijle weefsel waaruit mettertijd nieuwe structuren kunnen groeien.
De sterrenstelsels werden dichtbij gekozen: Hubble kan er afzonderlijke sterren in onderscheiden en de geschiedenis van de sterrenvorming reconstrueren. Voor verder weg gelegen systemen bestaat zulke detaillering nog niet. Eerder werden dergelijke ‘lekken’ van metalen al opgemerkt bij grote spiraalstelsels zoals de Melkweg — een deel van de stof bezinkt in de omringende gas-halo’s. Voor de dwergen blijft de vraag open: is een groot deel van het zuurstof in de directe omgeving achtergebleven of is het heel ver weggevlogen.
De resultaten veranderen de opvattingen over hoe kleine sterrenstelsels de chemische samenstelling van de kosmos beïnvloeden. In het vroege heelal waren juist zij dominant, en hun winden konden de ruimte actief ‘bemesten’. Vandaag zetten deze processen zich voor onze ogen voort, en verbinden zij het leven van afzonderlijke sterren met het lot van hele systemen.
Voor ons liggen nog lichtere objecten. Met behulp van de toekomstige ruimtetelescoop Nancy Grace Roman hoopt men de zwakste dwergen te vinden en die vervolgens in detail te bestuderen met Hubble en James Webb. Tegelijkertijd zullen de zware sterren zelf worden onderzocht, die het zuurstof uitstoten.
Wat op een plaatselijk tekort lijkt, is in werkelijkheid deel van een grandioze kringloop. Sterren brengen elementen voort, explosies strooien ze rond, sterrenstelsels verliezen en delen hun rijkdom, en de ruimte tussen hen vult zich langzaam met bouwmateriaal voor toekomstige werelden. Wij leven in een heelal waar zelfs ‘eenvoudige’ dwergsystemen deelnemen aan complexe, fijn op elkaar afgestemde processen die het aanzien van de kosmos miljarden jaren vooruit vormgeven.
