Cloud-9: облако водорода без звёзд и кандидат в «тёмные галактики»

Cloud-9 — компактное облако нейтрального водорода (H I) в окрестностях близкой спиральной галактики Мессье 94 (M94). Оно считается наиболее сильным известным кандидатом в RELHIC — Reionization-Limited H I Cloud, то есть гало тёмной материи, сумевшее удержать часть газа после эпохи реионизации Вселенной, но, по-видимому, так и не сформировавшее наблюдаемую звёздную галактику. 2

Что увидел телескоп — точнее, чего не увидел

Группа под руководством Игнасио Трухильо использовала камеру HiPERCAM на 10,4-метровом Gran Telescopio Canarias на острове Ла-Пальма. Сверхглубокая съёмка достигла пределов поверхностной яркости 31,4 и 31,0 звёздной величины на квадратную угловую секунду в фильтрах g и r. Это примерно в десять раз глубже, чем предыдущие глубокие изображения этой области. 1

В центральном участке размером 1′ × 1′ — примерно 1,3 × 1,3 килопарсека, или около 4200 × 4200 световых лет, — исследователи не нашли диффузного свечения звёзд. 1

Даже если там присутствует максимально трудноразличимая популяция старых звёзд с малым содержанием тяжёлых элементов, её поверхностная плотность должна быть не выше ≲0,01 массы Солнца на квадратный парсек, а общая звёздная масса — не более ≲16 000 солнечных масс. 1

Этот результат, полученный по интегральному свету, независимо подкрепляет более ранний поиск отдельных звёзд телескопом «Хаббл»: в положении Cloud-9 не скрывается обычная тусклая карликовая галактика. 12

Почему Cloud-9 считают «тёмной галактикой»

Радионаблюдения показывают, что объект содержит около 1 млн масс Солнца нейтрального водорода. Если этот газ удерживается гравитацией, общая масса гало оценивается примерно в 5 млрд масс Солнца. Следовательно, система должна быть почти целиком подчинена гравитации тёмной материи: отношение массы гало к массе обнаруженного водорода составляет порядка 5000:1. 2

Это не прямое обнаружение тёмной материи и не окончательное доказательство полного отсутствия звёзд. Наблюдения устанавливают исключительно жёсткие верхние пределы: крайне слабые звёзды могут существовать, но их пока не видно. 12

Теоретическое «окно возможностей»

Cloud-9 особенно интересен тем, что может находиться в предсказанном теорией промежуточном режиме. У несколько более массивного гало газ должен был стать плотнее и начать образовывать звёзды. У менее массивного — газ, вероятно, был бы ионизован излучением или утрачен. 2

Именно поэтому объект хорошо согласуется с предсказаниями космологической модели ΛCDM: в ней должно существовать много маломассивных гало тёмной материи, которые остаются тёмными либо почти тёмными. Cloud-9 пока не закрывает вопрос окончательно, но является необычно убедительным наблюдательным примером такого сценария. 12

Что искать дальше

Ранние оптические ограничения для Cloud-9 также опирались на данные DESI Imaging Legacy Survey. Будущие широкие и глубокие оптические обзоры, а также обзоры нейтрального водорода H I помогут понять, уникален ли Cloud-9 или относится к более многочисленной популяции. Перспективными целями считаются изолированные, содержащие газ крайне бедные металлами карликовые системы и похожие компактные облака H I. 3