Cloud-9 kan vara en galax utan stjärnor – nya bilder hittar fortfarande inget ljus

Cloud-9 är ett kompakt moln av neuträrt atomärt väte, H I, nära spiralgalaxen Messier 94 (M94). Det kan vara en verkligt stjärnlös mörk galax: gas som hålls kvar av en halo av mörk materia men som har mycket få – eller inga detekterbara – stjärnor. Objektet är just nu den starkaste kandidaten till en så kallad RELHIC (Reionization-Limited H I Cloud), även om tolkningen ännu inte är ett slutgiltigt bevis. 23

Bilder tio gånger djupare – men fortfarande tomt

Ett forskarlag lett av Ignacio Trujillo använde instrumentet HiPERCAM på Gran Telescopio Canarias på La Palma för att leta efter ytterst svagt stjärnljus. Observationerna nådde gränser för ytljusstyrka på 31,4 magnituder per kvadratbågsekund i g-bandet och 31,0 i r-bandet – ungefär tio gånger djupare än tidigare djupa bilder av området. 1

Trots detta upptäcktes ingen diffus stjärnstrålning i det centrala området på 1 × 1 bågminut. Vid Cloud-9:s avstånd motsvarar det omkring 1,3 × 1,3 kiloparsec, eller cirka 4 200 × 4 200 ljusår. 1

Om där finns en svårupptäckt, gammal och metallfattig stjärnpopulation begränsar uteblivandet av ljus dess yttäthet till omkring 0,01 solmassor per kvadratparsec. Den totala stjärnmassan i området blir då mindre än cirka 16 000 solmassor. 1 Det är en gräns från molnets samlade ljus och stämmer överens med den tidigare sökningen efter enskilda stjärnor med rymdteleskopet Hubble. 12

Mycket gas, men nästan inga stjärnor

Radioobservationer visar att Cloud-9 är kompakt, dynamiskt kallt och tycks sakna rotation. Molnet innehåller ungefär en miljon solmassor av neutralt väte. 2

Modeller som används för att tolka systemet pekar mot en halo med en massa i storleksordningen fem miljarder solmassor. Jämfört specifikt med massan av neutralt väte ger det det ofta citerade förhållandet omkring 5 000:1 mellan halo och H I-gas. Det är dock inte samma sak som det totala förhållandet mellan mörk materia och all vanlig materia: även helium och eventuellt joniserad gas räknas till den vanliga materian.

En möjlig träff i kosmologins ”sweet spot”

I ΛCDM-modellen, den etablerade kosmologiska modellen med mörk energi och kall mörk materia, värmde återjoniseringen i det tidiga universum upp gasen mellan galaxerna. Därmed blev det svårt för de minsta halorna av mörk materia att fånga in och behålla gas.

Halor som är något mer massiva än den föreslagna regimen för Cloud-9 bör kunna kyla gasen effektivt och bilda stjärnor. Betydligt mindre halor bör i stället förlora gasen eller inte kunna behålla den. Cloud-9 tycks därför ligga i ett smalt teoretiskt intervall – en slags ”sweet spot” – där en halo kan behålla H I-gas men ändå förbli i praktiken stjärnlös. 23

Det gör objektet intressant som ett möjligt observationstest av ΛCDM-modellens förutsägelse om en population av små halon av mörk materia. Samtidigt behövs försiktighet: ”stjärnlös” betyder här att inga stjärnor har kunnat upptäckas vid exceptionellt stränga nuvarande gränser, inte att det är absolut bevisat att inte en enda stjärna finns. Halomassan är dessutom modellberoende. 12

Jakten på fler objekt

DESI:s Imaging Legacy Survey hade redan tidigare inte funnit någon optisk motsvarighet till Cloud-9 ned till ungefär 29,15 magnituder per kvadratbågsekund. 3 Kommande storskaliga H I-karteringar och djupa optiska undersökningar kan nu söka efter fler kompakta, isolerade och extremt metallfattiga eller stjärnlösa kandidater.

Då kan astronomerna avgöra om Cloud-9 är en sällsynt kosmisk överlevare – eller det första observerade exemplet på en större, länge förutsagd population.