Cloud-9 mungkin galaksi gelap tanpa bintang — imej terdalamnya masih kosong

Bayangkan sebuah objek yang menyimpan gas hidrogen bersamaan kira-kira sejuta Matahari, tetapi apabila teleskop menelitinya dengan sangat mendalam, tiada cahaya bintang kelihatan. Itulah Cloud-9, awan atom hidrogen neutral — atau H I — yang padat berhampiran galaksi lingkaran Messier 94 (M94). Ia mungkin sebuah “galaksi gelap” tanpa bintang: gas yang kekal terikat dalam halo jirim gelap, dengan komponen bintang yang terlalu sedikit atau mungkin tiada langsung. Buat masa ini, ia calon paling kukuh bagi Reionization-Limited H I Cloud (RELHIC), walaupun pengelasan itu masih merupakan tafsiran saintifik, bukannya bukti muktamad bahawa langsung tiada bintang. 23

Imej 10 kali lebih dalam, tetapi masih tiada cahaya

Pasukan yang diketuai ahli astronomi Ignacio Trujillo menggunakan kamera berkelajuan tinggi HiPERCAM pada Gran Telescopio Canarias (GTC) di Kepulauan Canary, Sepanyol. Mereka mencapai had kecerahan permukaan 31.4 mag/arcsec² dalam jalur g dan 31.0 mag/arcsec² dalam jalur r — kira-kira 10 kali lebih malap, atau lebih dalam, berbanding imej mendalam sebelumnya di kawasan itu. 1

Namun, pemerhatian tersebut tidak mengesan sebarang pancaran bintang meresap di kawasan pusat berukuran 1′ × 1′, bersamaan kira-kira 1.3 × 1.3 kiloparsek atau sekitar 4,200 tahun cahaya pada jarak Cloud-9. 1

Jika Cloud-9 sebenarnya mempunyai populasi bintang yang tua dan miskin unsur berat, jenis populasi yang sukar dikesan, ketiadaan cahaya ini mengehadkan ketumpatan permukaan bintangnya kepada kira-kira 0.01 jisim Matahari setiap parsek persegi. Jumlah jisim bintangnya pula mestilah kurang daripada 16,000 jisim Matahari. 1

Had baharu ini datang daripada ukuran cahaya bersepadu dan melengkapi pencarian terdahulu oleh Teleskop Angkasa Hubble, yang mencari bintang-bintang individu. Kedua-dua pendekatan memberikan gambaran yang konsisten: sekiranya ada bintang di Cloud-9, bilangannya amat kecil. 12

Gas ada, bintang tiada

Pemerhatian radio menunjukkan Cloud-9 bersifat padat, dinamiknya sejuk dan nampaknya tidak berputar. Ia mengandungi sekitar 1 juta jisim Matahari dalam bentuk hidrogen neutral. 2

Model yang digunakan untuk mentafsir sistem ini menganggarkan halonya mempunyai jisim sekitar 5 bilion jisim Matahari. Jika dibandingkan khusus dengan jisim hidrogen neutral, angka itu menghasilkan nisbah yang sering disebut, kira-kira 5,000:1 antara halo dan H I.

Namun, nisbah ini tidak sama dengan nisbah biasa antara jirim gelap dan semua jirim biasa. Helium serta gas terion juga dikira sebagai jirim biasa, tetapi tidak termasuk dalam perbandingan khusus dengan hidrogen neutral itu.

Mengapa Cloud-9 penting untuk model alam semesta?

Dalam simulasi kosmologi ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter), proses reionisasi pada awal alam semesta memanaskan gas antara galaksi. Gas ini menjadi lebih sukar untuk jatuh dan menetap dalam halo jirim gelap yang kecil.

Teori itu meramalkan julat yang sempit: halo yang lebih besar sepatutnya cukup berkesan menyejukkan gas lalu membentuk bintang, manakala halo yang jauh lebih kecil pula gagal menyimpan gas atau kehilangannya. Cloud-9 nampaknya berada dalam “zon paling sesuai” yang diramalkan — cukup besar untuk mengekalkan H I, tetapi cukup kecil untuk kekal hampir tanpa bintang. 23

Sebab itu Cloud-9 menarik perhatian. Jika tafsiran RELHIC tepat, objek ini boleh menjadi ujian pemerhatian penting bagi ramalan ΛCDM tentang populasi halo jirim gelap berjisim rendah yang sukar dilihat.

Belum boleh mendakwa sifar bintang

Istilah “tanpa bintang” perlu dibaca dengan cermat. Maksudnya bukan ahli astronomi telah membuktikan secara mutlak bahawa Cloud-9 mempunyai sifar bintang. Maksudnya ialah tiada bintang atau cahaya bintang yang dapat dikesan walaupun pada had pemerhatian yang sangat ketat setakat ini. Selain itu, anggaran jisim halo bergantung pada model yang digunakan. 12

Kajian terdahulu daripada DESI Imaging Legacy Survey juga tidak menemui pasangan optik Cloud-9 hingga had kira-kira 29.15 mag/arcsec². 3 Tinjauan H I berskala luas dan tinjauan optik yang lebih dalam pada masa depan boleh mencari lebih banyak objek padat, terpencil, sangat miskin logam atau tanpa bintang. Pencarian itu akan membantu menjawab sama ada Cloud-9 hanyalah tinggalan yang amat jarang ditemui, atau petunjuk kepada satu populasi baharu objek kosmik.