Cloud-9 não mostra estrelas — e pode ser uma das pistas mais fortes sobre matéria escura

Cloud-9 é uma nuvem compacta de hidrogênio neutro — o chamado H I na astronomia — localizada nas proximidades da galáxia espiral Messier 94 (M94). Ela é a mais forte candidata conhecida a uma RELHIC (Reionization-Limited H I Cloud, ou nuvem de H I limitada pela reionização): em termos simples, um halo de matéria escura que conseguiu manter uma parte de seu gás após a reionização do Universo, mas aparentemente não formou uma galáxia detectável de estrelas. 2

O que as imagens mais profundas revelaram

A equipe liderada por Ignacio Trujillo usou a HiPERCAM, instalada no Gran Telescopio Canarias (GTC), telescópio de 10,4 metros situado nas Ilhas Canárias, na Espanha. As observações ópticas ultraprofundas chegaram a limites de brilho superficial de 31,4 e 31,0 mag/arcsec² nas bandas g e r, respectivamente — cerca de dez vezes mais profundas do que os registros profundos anteriores da região. 1

Mesmo com essa sensibilidade, os pesquisadores não detectaram emissão estelar difusa na região central de 1′ × 1′ da Cloud-9, equivalente a aproximadamente 1,3 × 1,3 quiloparsec, ou cerca de 4.200 × 4.200 anos-luz. 1

Caso exista ali uma população de estrelas antigas e pobre em metais — um cenário deliberadamente difícil de observar — sua densidade superficial teria de ser de, no máximo, 0,01 massa solar por parsec quadrado. Isso limita a massa estelar total a aproximadamente 16 mil massas solares. 1

Por que a ausência de estrelas importa

O resultado obtido pela HiPERCAM, baseado na luz integrada da região, reforça de forma independente a conclusão anterior do telescópio espacial Hubble, que procurou estrelas individuais. Juntas, as evidências indicam que não há uma galáxia anã comum, apenas muito fraca, escondida na posição da Cloud-9. 12

Medições em rádio apontam que a nuvem contém cerca de 1 milhão de massas solares de hidrogênio neutro. Se esse gás está preso gravitacionalmente, a interpretação sugere um halo com massa próxima de 5 bilhões de massas solares. Nesse cenário, o objeto seria dominado por matéria escura, com uma razão da ordem de 5.000 para 1 entre a massa total inferida e o componente de hidrogênio detectado. 2

O “ponto ideal” previsto pela teoria

A explicação física proposta é a de um possível ponto ideal de massa. Um halo um pouco mais massivo provavelmente teria acumulado gás mais denso e formado estrelas. Já um halo menor tenderia a perder o gás, que poderia ser ionizado pela radiação ou removido do sistema. 2

A Cloud-9 não é uma detecção direta de matéria escura, nem prova definitiva de que não exista estrela alguma em seu interior. O que as observações fornecem são limites extremamente rigorosos para qualquer população estelar. Ainda assim, o objeto se tornou um caso particularmente convincente para as previsões do modelo cosmológico ΛCDM — o modelo de matéria escura fria com constante cosmológica — segundo o qual muitos halos pequenos de matéria escura podem permanecer escuros ou quase escuros. 12

Dados do DESI Imaging Legacy Survey já integravam os limites ópticos anteriores. Novos levantamentos amplos e profundos, tanto no óptico quanto em H I, poderão mostrar se a Cloud-9 é uma raridade cósmica ou a primeira integrante identificada de uma população maior. Entre os alvos mais promissores estão galáxias anãs isoladas, ricas em gás e extremamente pobres em metais, além de nuvens compactas semelhantes de H I. 3