Cloud-9 kan være en galakse uden stjerner

Cloud-9 er en kompakt sky af neutralt atomart hydrogen, H I, nær spiralgalaksen Messier 94. Den kan være en usædvanlig type »mørk galakse«: gas, der holdes samlet af et halo af mørkt stof, men med få eller muligvis ingen stjerner. Den er den hidtil stærkeste kandidat til en såkaldt RELHIC (Reionization-Limited H I Cloud) – men betegnelsen er fortsat en fortolkning, ikke et endeligt bevis. 23

Ti gange dybere – og stadig intet stjernelys

Et hold ledet af Ignacio Trujillo brugte HiPERCAM-kameraet på Gran Telescopio Canarias til at lede efter ekstremt svagt, diffust lys fra stjerner. Observationerne nåede grænser for overfladelysstyrke på 31,4 mag/buesekund² i g-båndet og 31,0 i r-båndet – omtrent ti gange svagere end tidligere dybe billeder af området. 1

Alligevel fandt forskerne ingen stjerneemission i det centrale felt på 1′ × 1′. Ved Cloud-9's afstand svarer det til cirka 1,3 × 1,3 kiloparsec, eller omtrent 4.200 lysår på hver led. 1

Hvis objektet faktisk indeholder stjerner, og de udgør en gammel, metalfattig population – altså stjerner med få grundstoffer tungere end helium – sætter resultatet en øvre grænse på cirka 0,01 solmasser pr. kvadratparsec. Den samlede stjernemasse i området må da være under 16.000 solmasser. 1

Det er en begrænsning baseret på det samlede lys og dermed uafhængig af den tidligere søgning efter enkeltstjerner med Hubble-rumteleskopet. De to undersøgelser peger i samme retning. 12

En million solmasser hydrogen – men næsten ingen synlige stjerner

Radioobservationer viser, at Cloud-9 er kompakt, dynamisk kold og tilsyneladende ikke roterer. Skyen indeholder omkring en million solmasser neutralt hydrogen. 2

Modeller, der bruges til at fortolke målingerne, anslår massen af det omgivende halo til omkring 5 milliarder solmasser. Sammenlignet specifikt med den målte masse af neutralt hydrogen giver det det ofte nævnte forhold på cirka 5.000 til 1 mellem haloet og H I-gassen.

Det tal bør dog læses med et forbehold: Det er ikke det sædvanlige forhold mellem mørkt stof og al almindelig stofmasse. Også helium og eventuel ioniseret gas tæller som almindeligt stof, men indgår ikke i sammenligningen med H I alene.

Et muligt kosmisk »sweet spot«

I ΛCDM-modellen – den førende kosmologiske model, som kombinerer mørkt stof med mørk energi – opvarmede universets reionisering den intergalaktiske gas. Det gjorde det sværere for de mindste haloer at samle og fastholde gas.

Teorien forudsiger derfor et smalt interval: Haloer, der er noget større end Cloud-9's foreslåede regime, bør kunne køle gassen effektivt nok til at danne stjerner. Langt mindre haloer bør derimod miste gassen eller aldrig få fat i den. Cloud-9 kan ligge i det »sweet spot«, hvor et halo kan beholde neutral hydrogen uden for alvor at danne stjerner. 23

Hvis den tolkning holder, kan Cloud-9 give astronomerne en sjælden observationsmæssig test af ΛCDM-modellens forudsagte bestand af små haloer af mørkt stof.

Lovende, men ikke endegyldigt

»Stjerneløs« betyder her, at ingen stjerner er fundet ned til usædvanligt strenge observationsgrænser. Det er ikke en absolut påvisning af, at der findes præcis nul stjerner. Desuden afhænger estimatet af haloets masse af den anvendte model. 12

DESI's Imaging Legacy Survey spillede allerede en rolle i den første undersøgelse: Her fandt man ingen optisk modpart ned til cirka 29,15 mag/buesekund². 3 Kommende vidvinkelundersøgelser af H I-gas og dybe optiske kortlægninger kan lede efter flere kompakte, isolerede og ekstremt metalfattige – eller helt stjerneløse – kandidater.

Det afgørende spørgsmål er derfor, om Cloud-9 er en sjælden kosmisk overlever, eller det første tydelige medlem af en hel, hidtil skjult population.