Cloud-9: Den mørke brintsky ved Messier 94 viser stadig ingen stjerner

Cloud-9 er en kompakt sky af neutral brint – det vil sige atomar hydrogen, ofte skrevet H I – i nærheden af spiralgalaksen Messier 94. Den er den stærkeste kendte kandidat til en Reionization-Limited H I Cloud (RELHIC): en halo domineret af mørkt stof, som beholdt noget gas efter universets reionisering, men tilsyneladende aldrig dannede en påviselig galakse af stjerner. 2

Et usædvanligt tomt sted på himlen

Et hold ledet af Ignacio Trujillo undersøgte Cloud-9 med HiPERCAM-kameraet på det 10,4 meter store Gran Telescopio Canarias på La Palma. De ultradybe optiske observationer nåede grænser for overfladelysstyrke på 31,4 mag/arcsec² i g-båndet og 31,0 mag/arcsec² i r-båndet – omtrent ti gange dybere end tidligere dybe billeder af området. 1

Alligevel fandt forskerne intet diffust stjernelys i det centrale område på 1′ × 1′, svarende til cirka 1,3 × 1,3 kiloparsec eller omtrent 4.200 × 4.200 lysår. Hvis området alligevel rummer en gammel og metalfattig stjernepopulation, må dens tæthed være under cirka 0,01 solmasser pr. kvadratparsec. Den samlede stjernemasse kan højst være omkring 16.000 solmasser. 1

Det er et vigtigt nulresultat: Fraværet af svagt, samlet stjernelys bekræfter uafhængigt Hubble-teleskopets optællinger af enkeltstjerner. Der synes altså ikke at gemme sig en almindelig, meget svag dværggalakse på Cloud-9's placering. 12

Meget gas – og sandsynligvis langt mere mørkt stof

Radiomålinger peger på, at Cloud-9 indeholder omtrent 1 million solmasser neutral brint. Hvis gassen holdes sammen af tyngdekraften, svarer det til en samlet halomasse på omkring 5 milliarder solmasser. Systemet vil i så fald være overvældende domineret af mørkt stof, med et masseforhold på i størrelsesordenen 5.000:1 i forhold til den påviste brintkomponent. 2

Astronomernes fortolkning er, at Cloud-9 kan ligge i et teoretisk "sweet spot". En lidt tungere halo ville sandsynligvis have samlet tættere gas og dannet stjerner. En mindre halo ville derimod formentlig have fået sin gas ioniseret af stråling eller revet væk. 2

Stærkt indicium, ikke endeligt bevis

Observationerne er ikke en direkte påvisning af mørkt stof, og de beviser heller ikke definitivt, at der slet ingen stjerner findes i Cloud-9. De sætter derimod meget stramme øvre grænser for, hvor mange stjerner der kan være.

Netop derfor er Cloud-9 et særligt interessant muligt eksempel på de små, mørke eller næsten mørke haloer, som ΛCDM-modellen – standardmodellen med koldt mørkt stof – forudsiger bør være talrige. 12

Tidligere optiske grænser byggede blandt andet på data fra DESI Imaging Legacy Survey. Kommende brede og dybe optiske undersøgelser samt H I-kortlægninger kan afgøre, om Cloud-9 er et sjældent særtilfælde eller del af en større population. Særligt lovende mål er isolerede, gasrige og ekstremt metalfattige dværgsystemer samt tilsvarende kompakte H I-skyer. 3