Cloud-9は何者か：水素を抱えながら星を作らなかった可能性がある暗黒物質ハロー

Cloud-9は、近傍の渦巻銀河メシエ94（M94）の外縁付近にある、コンパクトな中性水素（H I）の雲です。最も注目される解釈は、宇宙再電離後にも一部のガスを保持したものの、検出可能な星の銀河を形成しなかった暗黒物質ハロー――再電離制限H I雲（RELHIC）――だというものです。2

「何も見えない」を、どこまで確かめたのか

スペイン・ラパルマ島の10.4mカナリア大望遠鏡（GTC）で、イグナシオ・トルヒーヨ氏らのチームは高速撮像装置HiPERCAMを使い、Cloud-9の超深部光学観測を実施しました。gバンドで31.4、rバンドで31.0 mag/arcsec²という表面輝度限界に達し、これはこの領域の従来の深い撮像より約10倍深い水準です。1

観測の焦点となったのは、Cloud-9中心部の1分角×1分角、実距離で約1.3×1.3kpc、すなわち約4,200×4,200光年の範囲です。この範囲に、淡く広がる恒星光は見つかりませんでした。1

仮に古く金属量の少ない恒星集団が潜んでいるとしても、その恒星の面密度は1平方パーセク当たりおよそ0.01太陽質量以下、総恒星質量は約1万6,000太陽質量以下に抑えられます。1

「見えていない」ことが重要な理由

この結果は、ハッブル宇宙望遠鏡による分解星数の調査で得られていた「通常の淡い矮小銀河は存在しない」という結論を、別の手法で補強するものです。12

つまり、単に遠すぎて小さな銀河を見落としているのではなく、Cloud-9の位置には、一般的な矮小銀河のような恒星成分が見当たらない、という制約がいっそう強くなりました。

ただし、これは暗黒物質そのものを直接検出した結果ではありません。また、「星が絶対に1個もない」と最終的に証明したわけでもありません。現時点で言えるのは、存在し得る星の量に非常に厳しい上限を課した、ということです。12

水素100万太陽質量を支える、はるかに重いハロー

電波観測では、Cloud-9には太陽約100万個分の中性水素があることが示されています。このガスが重力で束縛されていると解釈すると、周囲のハロー全体の質量は太陽約50億個分に達する可能性があります。2

この見積もりでは、検出されている水素成分に対する全体質量の比はおよそ5,000対1です。大部分を占めるのは、光を放たない暗黒物質だと考えられます。2

研究者が想定するのは、星形成に関してちょうど境界に位置する「スイートスポット」です。ハローがもう少し重ければ、より高密度のガスを集めて星を作れたはずです。反対に軽ければ、宇宙の紫外線による電離や周辺環境の影響でガスを失っていた可能性が高いとされます。2

ΛCDMの予測を確かめる手がかりに

標準的な宇宙論モデルであるΛCDM（ラムダ冷たい暗黒物質）モデルは、低質量の暗黒物質ハローの多くが、星をほとんど持たないか、まったく持たないと予測します。Cloud-9は、その予測に非常によく合う観測例になり得ます。12

過去の光学的な制限にはDESI Imaging Legacy Surveyのデータも使われており、今後は広域・深部の光学サーベイとH I電波サーベイによって、Cloud-9が例外的な天体なのか、同種の集団の一員なのかを検証できます。3

有望な探索対象としては、孤立していてガスを含み、金属量が極端に低い矮小系や、Cloud-9に似たコンパクトなH I雲が挙げられます。3