Cloud-9: เมฆไฮโดรเจนลึกลับข้าง M94 ที่อาจเป็น “กาแล็กซีไร้ดาว”

Cloud-9 คือเมฆก๊าซไฮโดรเจนอะตอมเป็นกลาง หรือ H I ที่มีขนาดกะทัดรัด อยู่ใกล้กาแล็กซีเกลียวเมสสิเยร์ 94 (Messier 94 หรือ M94) วัตถุนี้น่าสนใจอย่างยิ่ง เพราะอาจเป็นสิ่งที่เรียกว่า “กาแล็กซีมืด”: ก๊าซที่ถูกกักไว้ภายในฮาโลของสสารมืด แต่มีดาวฤกษ์น้อยมากหรืออาจไม่มีดาวที่ตรวจพบได้เลย ปัจจุบันมันเป็นผู้สมัครที่แข็งแกร่งที่สุดสำหรับวัตถุประเภท RELHIC (Reionization-Limited H I Cloud) แม้การจัดประเภทนี้ยังเป็นข้อสรุปเชิงตีความ ไม่ใช่หลักฐานยืนยันขั้นสุดท้าย 23

มองลึกกว่าเดิม 10 เท่า แต่ยังไม่เห็นดาว

ทีมที่นำโดย Ignacio Trujillo ใช้กล้องความเร็วสูง HiPERCAM บนกล้องโทรทรรศน์ Gran Telescopio Canarias ในหมู่เกาะคานารี สเปน เพื่อค้นหาแสงดาวจางมากจาก Cloud-9 ภาพที่ได้มีขีดจำกัดความสว่างผิวที่ 31.4 แมกนิจูดต่อตารางอาร์ควินาทีในแถบ g และ 31.0 ในแถบ r ซึ่งลึกกว่าภาพเชิงลึกก่อนหน้านี้ราว 10 เท่า 1

ถึงระดับนั้น นักวิจัยก็ยังไม่พบการเปล่งแสงกระจายจากดาวฤกษ์ภายในพื้นที่ศูนย์กลางขนาด 1′ × 1′ หรือประมาณ 1.3 × 1.3 กิโลพาร์เซก เทียบได้กับบริเวณกว้างราว 4,200 ปีแสง ณ ระยะทางของ Cloud-9 1

หากมีดาวซ่อนอยู่และเป็นประชากรดาวเก่า มีโลหะต่ำ ซึ่งเป็นชนิดที่มองเห็นได้ยาก ผลการไม่ตรวจพบนี้จำกัดความหนาแน่นมวลดาวไว้ที่ราว 0.01 เท่ามวลดวงอาทิตย์ต่อตารางพาร์เซก และจำกัดมวลดาวรวมไว้ต่ำกว่า 16,000 เท่ามวลดวงอาทิตย์ 1 นี่เป็นข้อจำกัดจากการวัดแสงรวมของบริเวณนั้น ซึ่งเป็นคนละวิธีกับการสำรวจดาวรายดวงด้วยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลก่อนหน้า แต่ให้ผลสอดคล้องกัน 12

มีไฮโดรเจนมหาศาล แต่ไม่ยอมสร้างดาว?

การสังเกตด้วยคลื่นวิทยุระบุว่า Cloud-9 มีลักษณะกะทัดรัด การเคลื่อนที่ภายในค่อนข้างเย็น และดูเหมือนไม่หมุน โดยมีก๊าซ H I ราว 1 ล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ 2 แบบจำลองที่ใช้ตีความข้อมูลประเมินว่าฮาโลของมันอาจมีมวลระดับ 5 พันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์

เมื่อนำมวลฮาโลไปเปรียบเทียบกับมวลของไฮโดรเจนเป็นกลางเพียงอย่างเดียว จึงได้อัตราส่วนที่มักอ้างกันราว 5,000 ต่อ 1 อย่างไรก็ดี ตัวเลขนี้ไม่ใช่อัตราส่วนสสารมืดต่อสสารปกติทั้งหมด เพราะสสารปกติยังรวมฮีเลียมและก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนด้วย

“จุดพอดี” ที่ทฤษฎีทำนายไว้

ในแบบจำลองจักรวาลวิทยา ΛCDM หรือแลมบ์ดาโคลด์ดาร์กแมตเทอร์ เหตุการณ์รีไอออไนเซชันในเอกภพยุคต้นทำให้ก๊าซระหว่างกาแล็กซีร้อนขึ้น จนก๊าซเข้าสู่ฮาโลสสารมืดขนาดเล็กที่สุดได้ยาก

ฮาโลที่มีมวลมากกว่าช่วงของ Cloud-9 ควรทำให้ก๊าซเย็นตัวได้ดีพอจะก่อตัวเป็นดาว ขณะที่ฮาโลขนาดเล็กกว่ามากมักกักก๊าซไว้ไม่ได้ Cloud-9 จึงอาจอยู่ตรง “จุดพอดี” ที่แคบมากตามทฤษฎี: มีมวลพอเก็บก๊าซ H I ได้ แต่ยังไม่เอื้อต่อการสร้างดาวอย่างมีนัยสำคัญ 23

หากคำอธิบายนี้ถูกต้อง Cloud-9 จะเป็นหลักฐานเชิงสังเกตสำคัญสำหรับประชากรฮาโลสสารมืดมวลต่ำที่แบบจำลอง ΛCDM ทำนายไว้ แต่คำว่า “ไร้ดาว” ในที่นี้หมายถึง ยังไม่พบดาวภายใต้ขีดจำกัดการตรวจจับที่เข้มงวดมาก ไม่ได้พิสูจน์อย่างเด็ดขาดว่ามีดาวเป็นศูนย์ และค่ามวลฮาโลเองก็ขึ้นกับแบบจำลองที่ใช้ 12

ก้าวต่อไป: ตามหา Cloud-9 แห่งอื่น

โครงการ DESI Imaging Legacy Survey มีบทบาทตั้งแต่ระยะแรก เพราะไม่พบคู่แฝดในย่านแสงที่ตำแหน่งของ Cloud-9 จนถึงความสว่างผิวประมาณ 29.15 แมกนิจูดต่อตารางอาร์ควินาที 3 ในอนาคต การสำรวจท้องฟ้าวงกว้างในเส้น H I ควบคู่กับภาพแสงเชิงลึก อาจช่วยค้นหาวัตถุขนาดเล็ก โดดเดี่ยว มีโลหะต่ำมาก หรือไร้ดาวในลักษณะเดียวกันได้

คำตอบสำคัญคือ Cloud-9 เป็นเพียงผู้รอดชีวิตที่พบได้ยาก หรือเป็นสมาชิกตัวแรกของประชากรวัตถุชนิดใหม่ที่มีอยู่จริงในเอกภพ 3