Cloud-9 lijkt een sterrenstelsel dat nooit is gaan schijnen

Cloud-9 is een compacte wolk van neutrale waterstof — astronomen schrijven dat als H I — aan de rand van de nabijgelegen spiraalvormige melkweg Messier 94 (M94). Het object is de sterkste bekende kandidaat voor een zogeheten Reionization-Limited H I Cloud (RELHIC): een halo van donkere materie die na de reïonisatie van het vroege heelal nog wat gas vasthield, maar vermoedelijk nooit een waarneembaar sterrenstelsel vormde. 2

Zo diep keken de onderzoekers

Het team onder leiding van Ignacio Trujillo gebruikte HiPERCAM op de 10,4 meter grote Gran Telescopio Canarias op La Palma. De ultradiepe optische beelden bereikten grenswaarden voor oppervlaktehelderheid van 31,4 mag/boogseconde² in de g-band en 31,0 mag/boogseconde² in de r-band. Dat is ongeveer tien keer dieper dan eerdere diepe opnamen van dit gebied. 1

In het centrale gebied van 1′ × 1′ — circa 1,3 × 1,3 kiloparsec, oftewel ongeveer 4.200 × 4.200 lichtjaar — vonden zij geen diffuus sterrenlicht. Zelfs wanneer Cloud-9 een zeer oude, metaal-arme sterrenpopulatie zou bevatten, begrenzen de metingen de stellaire massadichtheid tot hoogstens ongeveer 0,01 zonsmassa per vierkante parsec. In totaal zou daar dan niet meer dan circa 16.000 zonsmassa's aan sterren kunnen zitten. 1

Die uitkomst uit geïntegreerd licht ondersteunt onafhankelijk de eerdere tellingen van afzonderlijke sterren met de Hubble-ruimtetelescoop: op de locatie van Cloud-9 gaat waarschijnlijk geen gewone, uiterst zwakke dwergmelkweg schuil. 12

Veel gas, maar vooral donkere materie

Radiowaarnemingen wijzen op ongeveer 1 miljoen zonsmassa's aan neutrale waterstof. Als dat gas door zwaartekracht gebonden blijft, volgt daaruit een geschatte halomassa van rond 5 miljard zonsmassa's. Cloud-9 zou dus sterk door donkere materie worden gedomineerd, met een massaverhouding van grofweg 5.000 op 1 ten opzichte van de aangetroffen waterstofcomponent. 2

Daarmee past het object in een theoretisch 'sweet spot'. Een iets zwaardere halo zou naar verwachting dichter gas hebben verzameld en sterren hebben gevormd. Een lichtere halo zou zijn gas waarschijnlijk door ioniserende straling hebben verloren of door omgevingsinvloeden zijn kwijtgeraakt. 2

Sterk bewijs, geen definitief eindpunt

Dit is geen rechtstreekse detectie van donkere materie en evenmin sluit het onomstotelijk uit dat er werkelijk helemaal geen sterren bestaan in Cloud-9. Wel zijn de bovengrenzen uitzonderlijk streng. Daardoor is Cloud-9 een opvallend goede empirische overeenkomst met voorspellingen van het ΛCDM-model: veel lichte halo's van donkere materie zouden donker of vrijwel donker moeten blijven. 12

Gegevens van de DESI Imaging Legacy Survey speelden mee bij eerdere optische limieten. Toekomstige brede en diepe optische surveys en H I-onderzoeken kunnen uitwijzen of Cloud-9 een zeldzaamheid is, of juist deel uitmaakt van een grotere populatie. Vooral geïsoleerde, gasrijke en extreem metaal-arme dwergsystemen, plus vergelijkbare compacte H I-wolken, zijn daarvoor veelbelovende zoekdoelen. 3