Cloud-9:n ympärillä on kaasua ja pimeää ainetta – mutta ei näkyviä tähtiä

Cloud-9 on neutraalista vedystä (H I) koostuva kompakti kaasupilvi läheisen spiraaligalaksin Messier 94:n laitamilla. Se on toistaiseksi vahvin tunnettu ehdokas RELHIC-kohteeksi (Reionization-Limited H I Cloud): pimeän aineen haloksi, joka onnistui säilyttämään osan kaasustaan maailmankaikkeuden reionisaation jälkeen, mutta ei ilmeisesti koskaan muodostanut havaittavaa tähtigalaksia. 2

Poikkeuksellisen syvä kuva, mutta ei tähtien hehkua

Ignacio Trujillon johtama tutkimusryhmä kuvasi Cloud-9:ää Espanjan La Palmalla sijaitsevalla 10,4-metrisellä Gran Telescopio Canarias -teleskoopilla. HiPERCAM-kameralla saadut optiset kuvat ylsivät g- ja r-kaistoilla pintakirkkausrajoihin 31,4 ja 31,0 mag/kaarisekunti². Tämä on noin kymmenen kertaa aiempia syviä kuvia herkempi taso. 1

Silti Cloud-9:n keskimmäiseltä 1 × 1 kaariminuutin alueelta ei löytynyt diffuusia tähtivaloa. Kohteen etäisyydellä alue vastaa noin 1,3 × 1,3 kiloparsekin eli suunnilleen 4 200 × 4 200 valovuoden aluetta. 1

Jos alueella on vanha ja metalliköyhä tähtipopulaatio – siis sellainen, joka olisi erityisen vaikea havaita – sen pintatiheys saa olla enintään noin 0,01 Auringon massaa neliöparsekkia kohti. Tähtien kokonaismassa jäisi silloin korkeintaan noin 16 000 Auringon massaan. 1

Hubble-havainto saa riippumattoman vahvistuksen

Uusi tulos perustuu kohteen kokonaisvalon etsintään. Se tukee riippumattomasti Hubblen aiempaa tähtilaskentatulosta: Cloud-9:n kohdalla ei näytä piilevän tavallista himmeää kääpiögalaksia. 12

Tämä ei silti ole lopullinen todistus siitä, ettei kohteessa olisi lainkaan tähtiä. Kyse on erittäin tiukoista ylärajoista. Juuri niiden tiukkuus tekee Cloud-9:stä kuitenkin poikkeuksellisen kiinnostavan kohteen.

Paljon kaasua, mutta valtaosa massasta on näkymätöntä

Radiomittaukset viittaavat siihen, että Cloud-9 sisältää noin miljoona Auringon massaa neutraalia vetyä. Jos kaasu pysyy koossa painovoiman ansiosta, kohteen halon massaksi arvioidaan noin 5 miljardia Auringon massaa. Siten järjestelmä olisi ylivoimaisesti pimeän aineen hallitsema: suhde havaittuun vetymassaan olisi suuruusluokkaa 5 000:1. 2

Tutkijoiden tulkinnassa Cloud-9 osuu teoreettiseen "makeaan kohtaan". Hieman suurempi halo olisi luultavasti kerännyt tiheämpää kaasua ja käynnistänyt tähtien synnyn. Hieman pienemmästä halosta kaasu olisi todennäköisesti ionisoitunut tai kulunut pois. 2

Miksi kohde on kosmologialle tärkeä?

Cloud-9 ei ole pimeän aineen suora havainto. Se on kuitenkin vahva havaintoesimerkki siitä, millaisia kohteita ΛCDM-malli – maailmankaikkeuden vallitseva kylmän pimeän aineen kosmologinen malli – ennustaa: pieniä pimeän aineen haloita, jotka voivat olla pimeitä tai lähes pimeitä, vaikka niissä olisi yhä kaasua. 12

Aiemmissa optisissa rajoissa hyödynnettiin DESI Imaging Legacy Survey -aineistoa. Tulevat laajat ja syvät optiset sekä H I -kartoitukset voivat selvittää, onko Cloud-9 harvinainen poikkeus vai yksi jäsen laajemmassa populaatiossa. Erityisen kiinnostavia kohteita ovat eristyneet, kaasupitoiset ja erittäin metalliköyhät kääpiöjärjestelmät sekä vastaavat kompaktit H I -pilvet. 3