Cloud-9 में तारे नहीं मिले: मेसियर 94 के पास रहस्यमय हाइड्रोजन बादल की नई पड़ताल

Cloud-9, सर्पिल आकाशगंगा मेसियर 94 (M94) के पास स्थित तटस्थ परमाणु हाइड्रोजन (H I) का एक सघन बादल है। खगोलविद इसे संभावित ‘डार्क गैलेक्सी’ मानते हैं—अर्थात ऐसा डार्क-मैटर प्रभामंडल जिसमें गैस तो बची रही, लेकिन तारे बहुत कम बने या शायद बने ही नहीं। फिलहाल इसे Reionization-Limited H I Cloud (RELHIC) का सबसे मजबूत उम्मीदवार कहा जा सकता है, हालांकि यह पहचान अभी अंतिम प्रमाण नहीं, बल्कि उपलब्ध साक्ष्यों की व्याख्या है। 23

असाधारण रूप से गहरी तस्वीरों में भी कोई तारा नहीं

इग्नासियो त्रूहीयो और उनके सहयोगियों ने स्पेन के ग्रान टेलिस्कोपियो कैनारियास पर लगे HiPERCAM उपकरण से Cloud-9 का अति-गहरा प्रकाशीय अवलोकन किया। इन चित्रों ने g बैंड में 31.4 और r बैंड में 31.0 मैग्नीट्यूड प्रति वर्ग आर्कसेकंड की सतह-चमक सीमा हासिल की—जो पुराने गहरे चित्रों की तुलना में लगभग 10 गुना अधिक धुंधले प्रकाश को पकड़ सकती थी। 1

इसके बावजूद, Cloud-9 के केंद्रीय 1′ × 1′ क्षेत्र में कोई फैला हुआ तारकीय प्रकाश नहीं मिला। इसकी दूरी पर यह क्षेत्र लगभग 1.3 × 1.3 किलोपार्सेक, यानी करीब 4,200 प्रकाश-वर्ष के बराबर है। 1

यदि वहां तारे मौजूद भी हैं और वे पुराने, धातुओं की कम मात्रा वाले तारों की आबादी हैं, तो परिणाम उनकी सतही घनता को लगभग 0.01 सौर-द्रव्यमान प्रति वर्ग पार्सेक तक सीमित करते हैं। केंद्रीय हिस्से में ऐसे तारों का कुल द्रव्यमान 16,000 सौर-द्रव्यमान से कम होना चाहिए। यह सीमा समेकित प्रकाश के आधार पर निकली है और हबल टेलीस्कोप की पहले की resolved-star खोज के निष्कर्षों के अनुरूप है। 12

गैस है, पर तारे क्यों नहीं?

रेडियो अवलोकनों से Cloud-9 एक छोटा, गतिशील रूप से ठंडा और स्पष्ट रूप से गैर-घूर्णनशील H I बादल दिखता है। इसमें लगभग 10 लाख सौर-द्रव्यमान के बराबर तटस्थ हाइड्रोजन है। 2

इसे समझाने वाले मॉडलों में इसके डार्क-मैटर प्रभामंडल का द्रव्यमान करीब 50 अरब? नहीं, लगभग 5 अरब सौर-द्रव्यमान आंका गया है। H I गैस के द्रव्यमान से तुलना करने पर अक्सर उद्धृत अनुपात लगभग 5,000:1 बनता है। ध्यान रहे, यह प्रभामंडल-द्रव्यमान बनाम तटस्थ हाइड्रोजन का अनुपात है; इसे डार्क मैटर और कुल सामान्य पदार्थ का मानक अनुपात नहीं समझना चाहिए, क्योंकि हीलियम और आयनित गैस भी सामान्य पदार्थ में शामिल होते हैं।

ब्रह्मांडीय ‘स्वीट स्पॉट’ में मौजूद वस्तु?

ΛCDM (लैम्ब्डा कोल्ड डार्क मैटर) मॉडल में ब्रह्मांड के पुनर्आयनीकरण के बाद गर्म हुई गैस छोटे डार्क-मैटर प्रभामंडलों में आसानी से जम नहीं पाती। अपेक्षा यह है कि:

• Cloud-9 जैसे प्रस्तावित दायरे से बड़े प्रभामंडल गैस को ठंडा कर तारों का निर्माण शुरू कर देंगे;
• जबकि इससे काफी छोटे प्रभामंडल अपनी गैस को रोक ही नहीं पाएंगे या उसे खो देंगे।

Cloud-9 इस संकरे सैद्धांतिक ‘स्वीट स्पॉट’ में हो सकता है: इतना भारी कि हाइड्रोजन गैस को थामे रखे, लेकिन इतना नहीं कि बड़े पैमाने पर तारे बना सके। 23

यह खोज क्यों महत्वपूर्ण है?

यदि Cloud-9 सचमुच RELHIC है, तो यह ΛCDM मॉडल की उस भविष्यवाणी को परखने का दुर्लभ प्रत्यक्ष अवसर देता है जिसमें कम-द्रव्यमान वाले डार्क-मैटर प्रभामंडलों की बड़ी आबादी का अनुमान है। मगर ‘तारारहित’ का अर्थ यह नहीं कि वहां बिल्कुल शून्य तारे होने का निर्णायक प्रमाण मिल गया है; अर्थ केवल इतना है कि मौजूदा अत्यंत कठोर प्रेक्षण सीमाओं तक कोई तारा दिखाई नहीं दिया। इसके डार्क-मैटर प्रभामंडल का द्रव्यमान भी मॉडल पर निर्भर अनुमान है। 12

DESI Imaging Legacy Survey के पहले के आंकड़ों में भी लगभग 29.15 मैग्नीट्यूड प्रति वर्ग आर्कसेकंड तक कोई प्रकाशीय समकक्ष नहीं मिला था। आगे के विस्तृत H I सर्वेक्षण और और भी गहरे प्रकाशीय सर्वेक्षण ऐसे सघन, अलग-थलग, अत्यंत धातु-गरीब या तारारहित पिंड खोज सकते हैं। तब पता चल सकेगा कि Cloud-9 एक असाधारण अपवाद है या अब तक छिपी हुई आबादी का पहला उदाहरण। 3