Cloud-9: obří zásoba vodíku, ale ani stopa po hvězdách

Cloud-9 je kompaktní oblak neutrálního atomárního vodíku (H I) v blízkosti spirální galaxie Messier 94. Může jít o skutečně bez­hvězdnou „temnou galaxii“: plyn držený v halu temné hmoty, avšak s žádnou nebo jen nepatrnou hvězdnou složkou. Zatím jde o nejsilnějšího kandidáta na tzv. reionizací omezený oblak H I neboli RELHIC (Reionization-Limited H I Cloud), nikoli o definitivně uzavřený případ. 23

Snímek, který neukázal nic

Tým vedený Ignaciem Trujillem použil kameru HiPERCAM na dalekohledu Gran Telescopio Canarias. Dosáhl mezí plošné jasnosti 31,4 mag/arcsec² ve filtru g a 31,0 mag/arcsec² ve filtru r — přibližně desetkrát slabšího světla, než dokázaly zachytit dřívější hluboké snímky tohoto místa. Přesto v centrální oblasti o rozměrech 1′ × 1′, tedy asi 1,3 × 1,3 kpc neboli zhruba 4 200 světelných let, nenašel žádné difuzní hvězdné záření. 1

Za předpokladu, že by případné hvězdy tvořily velmi starou populaci chudou na těžké prvky, vychází horní limit jejich plošné hustoty asi 0,01 hmotnosti Slunce na čtvereční parsek. Celková hvězdná hmotnost v této oblasti by pak nepřesáhla 16 000 hmotností Slunce. Jde o omezení odvozené z integrovaného světla, které je nezávislé na dřívějším hledání jednotlivých hvězd Hubbleovým teleskopem — a je s jeho výsledkem v souladu. 12

Plyn ano, hvězdy ne

Rádiová měření ukazují, že Cloud-9 je kompaktní, dynamicky chladný a zřejmě nerotující objekt obsahující přibližně milion hmotností Slunce neutrálního vodíku. 2 Modely použité pro jeho interpretaci odhadují hmotnost celého hala na řádově 5 miliard hmotností Slunce.

Právě zde je důležité rozlišovat pojmy: často uváděný poměr přibližně 5 000 : 1 srovnává odhadovanou hmotnost hala s hmotností samotného neutrálního vodíku H I. Není to běžně používaný poměr temné hmoty k veškeré běžné hmotě, protože do ní patří také helium i případný ionizovaný plyn.

Proč je Cloud-9 pro astronomy tak zajímavý

V simulacích standardního kosmologického modelu ΛCDM reionizace zahřeje plyn mezi galaxiemi a malým halům temné hmoty ztíží jeho zachycení. Hala o něco hmotnější než předpokládané halo Cloud-9 by už měla plyn účinně ochlazovat a vytvářet hvězdy. Výrazně méně hmotná hala by naopak plyn nejspíš ztratila nebo by jej vůbec neudržela.

Cloud-9 tak leží v teoreticky předpovězeném úzkém „sladkém bodě“: halo by mohlo udržet neutrální vodík, ale přitom zůstat prakticky bez hvězd. 23

To z něj dělá potenciálně cennou zkoušku předpovědi ΛCDM o populaci nízkohmotných hal temné hmoty. Označení „bez hvězd“ však zatím znamená, že hvězdy nebyly odhaleny ani při mimořádně přísných současných mezích citlivosti — ne že je s absolutní jistotou nelze vyloučit. Také odhad hmotnosti hala závisí na použitém modelu. 12

Co bude následovat

První průzkum už nenašel optický protějšek ani v datech DESI Imaging Legacy Survey, a to do plošné jasnosti přibližně 29,15 mag/arcsec². 3 Budoucí rozsáhlé přehlídky neutrálního vodíku a velmi hluboká optická pozorování mohou vyhledat další kompaktní, izolované a extrémně chudé na těžké prvky — případně zcela bezhvězdné — kandidáty. Teprve pak bude jasnější, zda je Cloud-9 vzácnou kosmickou výjimkou, nebo prvním nalezeným členem celé populace.