Cloud-9 potrebbe essere una «galassia oscura»: le immagini più profonde non trovano stelle

Cloud-9 è una nube compatta di idrogeno atomico neutro (H I) nelle vicinanze della galassia spirale Messier 94 (M94). Potrebbe essere uno degli esempi più convincenti di «galassia oscura» senza stelle: gas trattenuto dalla gravità di un alone di materia oscura, ma senza una controparte stellare osservabile. L’interpretazione più discussa è quella di una RELHIC (Reionization-Limited H I Cloud, nube di H I limitata dalla reionizzazione), anche se non rappresenta ancora una dimostrazione definitiva della sua natura. 23

Lo sguardo più profondo non ha visto alcuna luce stellare

Il gruppo guidato da Ignacio Trujillo ha osservato Cloud-9 con HiPERCAM, installata sul Gran Telescopio Canarias (GTC). Le immagini hanno raggiunto limiti di brillantezza superficiale di 31,4 mag/arcsec² nel filtro g e 31,0 mag/arcsec² nel filtro r: una sensibilità a luce diffusa circa dieci volte maggiore rispetto alle precedenti immagini profonde dell’area. 1

Eppure, nel quadrato centrale di 1′ × 1′ — circa 1,3 × 1,3 kiloparsec, ossia approssimativamente 4.200 anni luce alla distanza di Cloud-9 — non emerge alcuna emissione stellare diffusa. 1

Se una popolazione di stelle esistesse ma fosse vecchia e povera di metalli, dunque particolarmente difficile da rilevare, il risultato pone un limite molto severo: densità superficiale stellare di circa 0,01 masse solari per parsec quadrato e massa stellare totale inferiore a 16.000 masse solari. 1 È una misura basata sulla luce integrata, indipendente e coerente con la precedente ricerca di stelle individuali effettuata dal telescopio spaziale Hubble. 12

Gas presente, stelle assenti

Le osservazioni radio descrivono Cloud-9 come un oggetto compatto, dinamicamente freddo e apparentemente non rotante, contenente circa un milione di masse solari di idrogeno neutro. 2 I modelli impiegati per interpretarne le proprietà indicano un alone con una massa dell’ordine di 5 miliardi di masse solari.

Confrontando quest’ultima stima specificamente con la massa di H I, si ottiene il rapporto spesso citato di circa 5.000 a 1 tra massa dell’alone e idrogeno neutro. Non va però confuso con il normale rapporto tra materia oscura e tutta la materia ordinaria: anche elio e gas ionizzato, se presenti, sono materia barionica.

Il possibile «punto giusto» dopo la reionizzazione

Nel modello cosmologico ΛCDM — il modello standard basato su energia oscura e materia oscura fredda — la reionizzazione dell’Universo primordiale ha riscaldato il gas intergalattico. Questo rende difficile al gas cadere e restare nei più piccoli aloni di materia oscura.

In questo scenario, aloni un po’ più massicci di quello proposto per Cloud-9 dovrebbero raffreddare il gas abbastanza efficacemente da formare stelle; aloni molto meno massicci, invece, dovrebbero perdere il gas o non riuscire a trattenerlo. Cloud-9 potrebbe trovarsi nella stretta fascia intermedia, il cosiddetto «sweet spot», in cui un alone conserva H I ma resta di fatto privo di stelle. 23

Per questo il caso è rilevante: potrebbe offrire un test osservativo della popolazione di piccoli aloni di materia oscura prevista da ΛCDM. La prudenza, però, resta essenziale. «Senza stelle» significa che non sono state rilevate stelle fino agli eccezionali limiti attuali, non che sia stato provato in senso assoluto che non ne esista nemmeno una. Inoltre, la massa dell’alone dipende dal modello adottato. 12

La prossima domanda: Cloud-9 è un’eccezione?

Il DESI Imaging Legacy Survey aveva già svolto un ruolo importante: le prime analisi non avevano trovato una controparte ottica fino a circa 29,15 mag/arcsec². 3 Future campagne radio H I su grandi aree di cielo e osservazioni ottiche profonde potranno cercare oggetti analoghi, compatti, isolati, estremamente poveri di metalli o privi di stelle.

Trovare altri candidati permetterebbe di capire se Cloud-9 sia un raro relitto cosmico oppure il primo indizio di una popolazione finora sfuggita alle osservazioni.