Cloud-9 kan vara en galax som aldrig tände

Cloud-9 är ett kompakt moln av neutralt väte – astronomernas H I – i närheten av spiralgalaxen Messier 94. Det är en ovanligt stark kandidat till ett RELHIC (Reionization-Limited H I Cloud): en mörk materia-halo som lyckades behålla en del gas efter universums rejonisation, men som tycks ha misslyckats med att bilda en synlig stjärngalax. 2

Bilder tio gånger djupare – fortfarande inget ljus

Ett forskarlag lett av Ignacio Trujillo använde HiPERCAM-kameran på det 10,4 meter stora Gran Telescopio Canarias på La Palma. De ultradjupa optiska observationerna nådde ytljusstyrkegränser på 31,4 respektive 31,0 mag/bågsekund² i g- och r-banden – ungefär tio gånger djupare än tidigare djupa avbildningar av området. 1

Trots detta syntes inget diffust stjärnljus i Cloud-9:s centrala område på 1 × 1 bågminut, vilket motsvarar ungefär 1,3 × 1,3 kiloparsek eller cirka 4 200 × 4 200 ljusår. 1

Om molnet ändå rymmer en gammal och metallfattig stjärnpopulation – alltså stjärnor med liten andel ämnen tyngre än helium – sätter observationerna en mycket snäv gräns: högst omkring 0,01 solmassor per kvadratparsek, eller totalt högst cirka 16 000 solmassor i stjärnor. 1

Stärker Hubbles tidigare resultat

Att inget syns i det integrerade stjärnljuset ger ett oberoende stöd till Hubbles tidigare stjärnräkningar. Sammantaget talar resultaten emot att en vanlig, mycket ljussvag dvärggalax bara skulle ligga dold på platsen. 12

Radiomätningar visar samtidigt att Cloud-9 innehåller ungefär en miljon solmassor neutralt väte. Om gasen hålls samman av gravitationen antyder tolkningen en halo med en total massa kring fem miljarder solmassor. Systemet skulle därmed vara kraftigt dominerat av mörk materia, med ett massförhållande i storleksordningen 5 000:1 jämfört med den observerade vätekomponenten. 2

Ett kosmiskt gränsfall

Forskarna beskriver Cloud-9 som ett slags teoretiskt ”sweet spot”. En något mer massiv halo borde sannolikt ha samlat tätare gas och startat stjärnbildning. En mindre halo skulle i stället troligen ha fått sin gas joniserad av strålning eller slitits bort. 2

Det här är inte en direkt observation av mörk materia, och det är inte heller ett slutgiltigt bevis för att Cloud-9 saknar varenda stjärna. Däremot är gränserna för eventuellt stjärninnehåll mycket stränga. Därför är objektet ett ovanligt övertygande empiriskt exempel på förutsägelserna i ΛCDM-modellen, den ledande kosmologiska modellen där många små haloer av mörk materia väntas vara mörka eller nästan mörka. 12

Tidigare optiska begränsningar omfattade data från DESI Imaging Legacy Survey. Framtida breda och djupa kartläggningar i både optiskt ljus och H I-radioemission kan visa om Cloud-9 är ett sällsynt undantag eller en medlem av en större, hittills svårupptäckt population. Särskilt intressanta mål är isolerade, gasrika och extremt metallfattiga dvärgsystem samt liknande kompakta H I-moln. 3