Cloud-9: Die Wasserstoffwolke, in der offenbar keine Sterne leuchten

Cloud-9 ist eine kompakte Wolke aus neutralem Wasserstoff – in der Astronomie als H I bezeichnet – in der Nähe der Spiralgalaxie Messier 94. Sie gilt als besonders überzeugender Kandidat für eine Reionization-Limited H I Cloud (RELHIC): einen Halo aus dunkler Materie, der nach der Reionisation des frühen Universums etwas Gas behalten hat, aber offenbar keine nachweisbare Sternengalaxie bildete. 2

Ein extrem tiefer Blick – und kein Sternenlicht

Das Team um Ignacio Trujillo setzte die Kamera HiPERCAM am 10,4-Meter-Gran-Telescopio-Canarias auf La Palma ein. Die ultratiefen optischen Aufnahmen erreichten in den g- und r-Filtern Grenzwerte der Flächenhelligkeit von 31,4 beziehungsweise 31,0 mag pro Quadratbogensekunde. Das ist ungefähr zehnmal empfindlicher als frühere tiefe Bilddaten derselben Region. 1

Trotzdem zeigte sich im zentralen Bereich von 1′ × 1′ – entsprechend rund 1,3 × 1,3 Kiloparsec oder etwa 4.200 × 4.200 Lichtjahren – kein diffuses Licht von Sternen. 1

Sollte dort dennoch eine besonders lichtschwache, alte und metallarme Sternpopulation verborgen sein, begrenzen die Daten ihre Flächendichte auf höchstens etwa 0,01 Sonnenmassen pro Quadratparsec. Für den gesamten untersuchten Kernbereich ergibt sich damit eine Obergrenze von rund 16.000 Sonnenmassen in Sternen. 1

Dieses Ergebnis aus der Messung des integrierten Lichts stützt unabhängig die früheren Hubble-Beobachtungen, bei denen einzelne Sterne gezählt wurden: An der Position von Cloud-9 verbirgt sich sehr wahrscheinlich keine gewöhnliche, nur extrem lichtschwache Zwerggalaxie. 12

Viel Gas, offenbar kaum Sterne – und ein massereicher unsichtbarer Halo

Radiobeobachtungen deuten auf etwa eine Million Sonnenmassen neutralen Wasserstoffs in Cloud-9 hin. Wenn dieses Gas gravitativ gebunden ist, spricht die Interpretation für eine Gesamtmasse des Halos von ungefähr fünf Milliarden Sonnenmassen. Das Objekt wäre damit überwältigend von dunkler Materie dominiert; bezogen auf die nachgewiesene Wasserstoffkomponente liegt das Massenverhältnis in der Größenordnung von 5.000 zu 1. 2

Genau diese Kombination macht Cloud-9 so interessant: Das System könnte den theoretischen „Sweet Spot“ markieren. Ein etwas massereicherer Halo hätte dichteres Gas ansammeln und Sterne bilden sollen. Ein kleinerer Halo hätte sein Gas dagegen vermutlich durch ionisierende Strahlung oder andere Prozesse verloren. 2

Warum Cloud-9 für die Kosmologie wichtig ist

Cloud-9 ist kein direkter Nachweis dunkler Materie und auch kein endgültiger Beweis dafür, dass dort absolut kein einziger Stern existiert. Die Beobachtungen liefern vielmehr außergewöhnlich strenge Obergrenzen für eine mögliche Sternpopulation. 12

Gerade deshalb passt das Objekt bemerkenswert gut zu Vorhersagen des ΛCDM-Modells, des Standardmodells der Kosmologie mit dunkler Energie und kalter dunkler Materie. Dieses Modell erwartet, dass viele massearme Halos aus dunkler Materie dunkel oder nahezu dunkel bleiben können. 12

Frühere optische Grenzen stützten sich unter anderem auf Daten des DESI Imaging Legacy Survey. Künftige großflächige, tiefe optische und H-I-Durchmusterungen können klären, ob Cloud-9 eine seltene Ausnahme ist oder zu einer größeren Population gehört. Als vielversprechende Ziele gelten isolierte, gasreiche und extrem metallarme Zwergsysteme sowie ähnlich kompakte H-I-Wolken. 3