Cloud-9: Den mørke hydrogenskyen som nekter å vise stjernelys

Cloud-9 er en kompakt sky av nøytralt atomært hydrogen (H I) i nærheten av spiralgalaksen Messier 94. Den er interessant fordi den kan være en nærmest stjerneløs «mørk galakse»: gass som holdes på plass i en halo av mørk materie, men med få eller ingen stjerner. Den er dermed den sterkeste kandidaten så langt til en reioniseringsbegrenset H I-sky – en RELHIC. Det er fortsatt en tolkning som må prøves videre, ikke et endelig bevis. 23

Bilder langt dypere enn før – fortsatt ingenting

Et lag ledet av Ignacio Trujillo brukte hurtigkameraet HiPERCAM ved Gran Telescopio Canarias på La Palma for å lete etter det aller svakeste stjernelyset. Observasjonene nådde grenseverdier for overflatelysstyrke på 31,4 mag/buesekund² i g-båndet og 31,0 i r-båndet – omtrent ti ganger svakere enn tidligere dype bilder av området. Likevel fant de ikke diffus stjernestråling i det sentrale området på 1 × 1 bueminutt, tilsvarende omtrent 1,3 × 1,3 kiloparsec, eller rundt 4 200 lysår. 1

Det er et bemerkelsesverdig tomrom: Skyen inneholder om lag én million solmasser med nøytralt hydrogen, men avslører ingen synlig stjernepopulasjon i de nye, svært følsomme bildene. 2

Streng grense for eventuelle stjerner

Forskerne har også regnet på hvor mange stjerner som likevel kan skjule seg der. Hvis de eventuelle stjernene utgjør en gammel og metallfattig populasjon – en særlig lyssvak type stjernepopulasjon – tilsier ikke-funnet at tettheten er under omtrent 0,01 solmasser per kvadratparsec. Den samlede stjernemassen i sentralområdet må da være mindre enn 16 000 solmasser. 1

Dette er en begrensning basert på samlet lys fra området, og den stemmer overens med tidligere søk med Hubble-teleskopet etter enkeltstjerner. 12

Hvorfor Cloud-9 passer RELHIC-modellen

Radioobservasjoner beskriver Cloud-9 som kompakt, dynamisk kald og tilsynelatende uten rotasjon. Skyen har rundt én million solmasser med H I-gass. 2 Modeller som brukes for å tolke systemet, anslår en total halo-masse på størrelsesorden fem milliarder solmasser. Sammenlignet spesifikt med massen av nøytralt hydrogen gir dette det ofte siterte forholdet på omtrent 5 000 til 1 mellom halo og H I.

Det betyr ikke at forholdet mellom mørk materie og all vanlig materie nødvendigvis er nøyaktig 5 000 til 1. Helium og eventuelt ionisert gass er også vanlig materie, men inngår ikke i H I-massen som dette tallet sammenlignes med.

I ΛCDM-modellen – standardmodellen for universets struktur, med kald mørk materie og mørk energi – varmer reionisering opp gass mellom galaksene. Da blir det vanskelig for gass å falle inn i de aller minste haloene. Haloer som er noe større enn Cloud-9s foreslåtte regime, bør derimot kunne kjøle gassen og danne stjerner. Mindre haloer bør i større grad miste gassen eller aldri klare å holde på den. 23

Cloud-9 kan derfor ligge i et smalt teoretisk «sweet spot»: tung nok til å beholde nøytralt hydrogen, men for lett eller ugunstig plassert til å danne en synlig stjernebefolkning. 23

Et viktig, men ikke endelig, funn

Dersom tolkningen holder, kan Cloud-9 gi astronomene en etterlengtet observasjonstest av ΛCDM-modellens forutsigelse om mange små haloer av mørk materie. Den kan være et eksempel på en galakse som aldri virkelig kom i gang med stjernedannelse.

Men «stjerneløs» betyr foreløpig at ingen stjerner er påvist, selv med ekstraordinært strenge observasjonsgrenser. Det er ikke det samme som et absolutt bevis på at ikke én eneste stjerne finnes. Dessuten er estimatet for haloens masse modellavhengig. 12

DESI Imaging Legacy Survey var allerede viktig i den første undersøkelsen, som ikke fant noen optisk motpart ned til omtrent 29,15 mag/buesekund². Neste steg blir brede radioundersøkelser av H I og enda dypere optiske kartlegginger. De kan avsløre om Cloud-9 er en sjelden overlever – eller den første av en helt ny, reell populasjon av kompakte og stjerneløse gasskyer. 3