Cloud-9: Awan hidrogen tanpa bintang yang mungkin mendedahkan halo jirim gelap

Cloud-9 bukan awan biasa yang boleh dilihat dengan mata. Ia ialah awan padat hidrogen neutral—dilabel H I dalam astronomi—yang berada di pinggir galaksi lingkaran berdekatan, Messier 94 (M94). Keistimewaannya ialah ia mempunyai gas, namun pemerhatian paling sensitif setakat ini masih tidak menemukan cahaya daripada bintang.

Itu menjadikannya calon terkuat yang diketahui untuk Reionization-Limited H I Cloud (RELHIC): halo jirim gelap yang berjaya mengekalkan sedikit gas selepas zaman reionisasi alam semesta, tetapi nampaknya tidak pernah membina galaksi bintang yang dapat dikesan. 2

Imej lebih dalam, tetapi masih tiada cahaya bintang

Pasukan yang diketuai Ignacio Trujillo menggunakan kamera HiPERCAM pada Gran Telescopio Canarias (GTC) berdiameter 10.4 meter di Sepanyol. Mereka menghasilkan imej optik ultra-dalam dengan had kecerahan permukaan 31.4 mag/arcsec² dalam jalur g dan 31.0 mag/arcsec² dalam jalur r—kira-kira 10 kali lebih dalam berbanding pengimejan mendalam terdahulu di kawasan itu. 1

Walaupun dengan kepekaan tersebut, pasukan itu tidak mengesan sebarang pancaran bintang resap dalam kawasan tengah Cloud-9 berukuran 1′ × 1′, bersamaan kira-kira 1.3 × 1.3 kiloparsec atau sekitar 4,200 × 4,200 tahun cahaya. 1

Sekiranya terdapat populasi bintang tua dan miskin unsur berat—antara populasi yang paling sukar dikesan—ketumpatan jisimnya tidak boleh melebihi kira-kira 0.01 jisim Matahari bagi setiap parsec persegi. Had itu bersamaan jumlah jisim bintang sekitar 16,000 jisim Matahari atau kurang dalam kawasan yang diperiksa. 1

Mengapa keputusan “tiada apa-apa” ini penting?

Ketiadaan cahaya dalam imej bersepadu ini menyokong secara bebas dapatan terdahulu Teleskop Angkasa Hubble melalui kiraan bintang terurai: tiada galaksi kerdil samar biasa yang tersembunyi di lokasi Cloud-9. 12

Cloud-9 pula bukan objek kecil tanpa bahan. Pemerhatian radio menunjukkan ia mengandungi sekitar 1 juta jisim Matahari hidrogen neutral. Jika gas itu ditafsirkan sebagai terikat oleh graviti, sistem tersebut memerlukan halo dengan jisim kira-kira 5 bilion jisim Matahari. Ini bermakna Cloud-9 sangat didominasi jirim gelap, dengan nisbah jisim pada skala kira-kira 5,000:1 berbanding komponen hidrogen yang dikesan. 2

Namun, ini bukan pengesanan langsung jirim gelap. Jirim gelap disimpulkan melalui kesan gravitinya yang diperlukan untuk menahan gas daripada berselerak. Dan keputusan ini juga belum membuktikan bahawa langsung tiada bintang di Cloud-9; sebaliknya, ia menetapkan had yang sangat ketat terhadap jumlah bintang yang mungkin wujud. 12

“Titik manis” teori pembentukan galaksi

Ahli astronomi menganggap Cloud-9 mungkin berada dalam satu “titik manis” fizikal. Halo yang sedikit lebih besar dijangka dapat mengumpulkan gas yang lebih tumpat, lalu memulakan pembentukan bintang. Halo yang lebih kecil pula mungkin kehilangan gasnya akibat pengionan oleh sinaran atau proses penyingkiran gas. 2

Jika tafsiran ini tepat, Cloud-9 ialah contoh empirik yang sangat meyakinkan bagi ramalan model kosmologi ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter). Model ini menjangkakan banyak halo jirim gelap berjisim rendah boleh kekal gelap, atau hampir gelap, kerana gagal membentuk bintang dalam jumlah yang ketara. 12

Data daripada DESI Imaging Legacy Survey turut digunakan untuk had optik terdahulu. Tinjauan optik dan H I yang lebih luas serta lebih dalam pada masa depan boleh menentukan sama ada Cloud-9 ialah objek luar biasa yang jarang ditemui, atau salah satu daripada populasi lebih besar. Sasaran yang berpotensi termasuk sistem kerdil terpencil yang mengandungi gas tetapi amat miskin unsur berat, serta awan H I padat yang serupa. 3

Ringkasnya, Cloud-9 mungkin bukan “galaksi gelap” yang telah disahkan secara muktamad, tetapi bukti semasa menunjukkan ia antara makmal semula jadi terbaik untuk menguji bagaimana halo jirim gelap kecil boleh mengekalkan gas tanpa pernah menyalakan bintang.