Cloud-9: la nube cósmica que parece tener gas y materia oscura, pero ninguna estrella

Cloud-9 es una nube compacta de hidrógeno neutro —H I, la denominación astronómica del hidrógeno no ionizado— situada en las proximidades de la galaxia espiral Messier 94. Es el candidato más convincente conocido a una nube de H I limitada por la reionización, o RELHIC por sus siglas en inglés: un halo de materia oscura que conservó parte de su gas tras la reionización cósmica, pero que aparentemente nunca llegó a formar una galaxia de estrellas detectable. 2

Una búsqueda mucho más profunda de luz estelar

El equipo liderado por Ignacio Trujillo observó Cloud-9 con HiPERCAM, una cámara instalada en el Gran Telescopio Canarias (GTC), de 10,4 metros, en La Palma. Las imágenes ópticas alcanzaron límites de brillo superficial de 31,4 y 31,0 magnitudes por segundo de arco cuadrado en las bandas g y r, respectivamente: una profundidad aproximadamente diez veces superior a la de las imágenes previas de la zona. 1

El resultado fue una ausencia de detección: no apareció emisión estelar difusa en el área central de 1′ × 1′ de Cloud-9, equivalente a unos 1,3 × 1,3 kilopársecs, o aproximadamente 4.200 × 4.200 años luz. 1

Incluso bajo el supuesto de una población difícil de ver —estrellas viejas y pobres en metales—, los datos imponen límites muy estrictos: su densidad superficial sería de como máximo 0,01 masas solares por pársec cuadrado y su masa estelar total no superaría unas 16.000 masas solares. 1

No parece una galaxia enana tenue escondida

La falta de luz integrada detectada por HiPERCAM respalda de forma independiente el resultado previo de Hubble basado en el recuento de estrellas resueltas. En conjunto, las observaciones indican que no hay una galaxia enana convencional, aunque sea muy débil, oculta en la posición de Cloud-9. 12

Eso no equivale a demostrar que no exista ni una sola estrella: se trata de límites observacionales extremadamente exigentes, no de una prueba absoluta de ausencia total. Pero sí reduce de forma notable el espacio para una interpretación más ordinaria del objeto. 1

Mucho gas, y una masa que apunta a materia oscura

Las observaciones de radio indican que Cloud-9 contiene alrededor de un millón de masas solares de hidrógeno neutro. Si ese gas está confinado por gravedad, la interpretación apunta a un halo con una masa total cercana a 5.000 millones de masas solares. 2

Esa diferencia implica que el sistema estaría dominado de manera abrumadora por materia oscura: la proporción entre la masa estimada del halo y el hidrógeno detectado sería del orden de 5.000 a 1. 2

La explicación física propuesta es la de un punto de equilibrio o «zona óptima». Un halo algo más masivo habría acumulado gas más denso y probablemente formado estrellas; uno menos masivo habría perdido el gas o este habría sido ionizado por la radiación ultravioleta. 2

Por qué Cloud-9 importa para la cosmología

Cloud-9 no constituye una detección directa de materia oscura. Su importancia es que se parece de forma inusualmente precisa a una predicción del modelo ΛCDM —Lambda Cold Dark Matter, el marco cosmológico estándar—: que deben existir numerosos halos pequeños de materia oscura que permanezcan oscuros o casi oscuros porque no lograron formar estrellas. 12

Los datos del DESI Imaging Legacy Survey formaron parte de los límites ópticos anteriores. Futuros sondeos amplios y profundos, tanto ópticos como de H I, podrán determinar si Cloud-9 es una rareza o el primer miembro reconocido de una población más amplia. Entre los objetivos más prometedores figuran galaxias enanas aisladas, con gas y extremadamente pobres en metales, además de nubes compactas de H I similares. 3