Cloud-9: Yıldızsız ‘karanlık galaksi’ adayında en derin görüntüler de ışık bulamadı

Cloud-9, sarmal galaksi Messier 94 (M94) yakınında yer alan kompakt bir nötr atomik hidrojen (H I) bulutu. Astronomlar bunun, görünür yıldız bileşeni yok denecek kadar az olan gerçek bir “karanlık galaksi” olabileceğini düşünüyor: Gaz, karanlık madde halesinin kütleçekiminde tutuluyor; ancak yıldız oluşumu gerçekleşmemiş ya da son derece sınırlı kalmış olabilir. Nesne, yeniden iyonlaşmayla sınırlı H I bulutu (RELHIC) sınıfının bugüne kadarki en güçlü adayı sayılıyor; yine de bu tanım henüz kesinleşmiş bir kanıt değil, verilerin en güçlü yorumu. 23

Çok daha derin bakıldı, yine de yıldız ışığı görülmedi

Ignacio Trujillo liderliğindeki ekip, Kanarya Adaları’ndaki Gran Telescopio Canarias üzerinde bulunan HiPERCAM kamerasıyla Cloud-9’u inceledi. Gözlemler, g bandında yay saniye karesi başına 31,4, r bandında ise 31,0 kadir yüzey parlaklığı sınırına ulaştı. Bu, bölgenin önceki derin görüntülerinden yaklaşık 10 kat daha sönük ışığı seçebilecek bir hassasiyet demek. 1

Buna rağmen araştırmacılar, Cloud-9’un merkezindeki 1′ × 1′lik —nesnenin uzaklığında yaklaşık 1,3 × 1,3 kiloparsek, yani yaklaşık 4.200 × 4.200 ışık yılı— alanda yaygın yıldız ışığı tespit edemedi. 1

Bu sonuç, “orada kesinlikle tek bir yıldız bile yok” anlamına gelmiyor. Ancak yıldızlar varsa bile, mevcut gözlemlerin ortaya koyduğu sınırların altında, olağanüstü sönük olmaları gerekiyor.

Varsa yıldızların toplam kütlesi çok düşük olmalı

Ekip, olası yıldız nüfusunun yaşlı ve metalce fakir olduğunu varsaydığında, yıldızların yüzey yoğunluğunu yaklaşık kare parsek başına 0,01 Güneş kütlesi ile sınırladı. Merkez bölgedeki toplam yıldız kütlesi için üst sınır ise 16.000 Güneş kütlesi. 1

Bu, tek tek yıldızları arayan önceki Hubble gözlemlerinden bağımsız bir sınır. HiPERCAM’in bütünleşik ışık ölçümü ile Hubble’ın çözümlenmiş yıldız araması aynı sonuca işaret ediyor: Cloud-9’da belirgin bir yıldız topluluğu bulunmuyor. 12

Gaz var; görünmeyen kütle onu bir arada tutuyor olabilir

Radyo gözlemleri Cloud-9’un kompakt, dinamik olarak soğuk ve görünür bir dönüş hareketi göstermeyen bir yapı olduğunu ortaya koyuyor. Bulutun içerdiği nötr hidrojenin kütlesi yaklaşık 1 milyon Güneş kütlesi. 2

Nesneyi açıklamak için kullanılan modeller, karanlık madde halesinin toplam kütlesinin yaklaşık 5 milyar Güneş kütlesi düzeyinde olabileceğini öngörüyor. Bu tahmin H I kütlesiyle karşılaştırıldığında, sıkça aktarılan yaklaşık 5.000:1’lik hale-kütlesi/nötr-hidrojen oranı elde ediliyor.

Buradaki oranı doğru yorumlamak önemli: Bu, karanlık maddenin tüm sıradan maddeye oranı değildir. Helyum ve iyonlaşmış gaz da sıradan madde kapsamına girer; söz konusu karşılaştırma özellikle modeldeki halo kütlesi ile ölçülen nötr hidrojen kütlesi arasındadır.

Kozmolojinin öngördüğü dar aralıkta olabilir

Standart kozmoloji modeli ΛCDM’ye göre evrenin yeniden iyonlaşma dönemi, galaksiler arası gazı ısıttı. Bu süreç, en küçük karanlık madde halelerinin gaz toplamasını veya gazı elde tutmasını zorlaştırdı.

Kuramsal resimde bir eşik bulunuyor: Cloud-9’un önerilen kütle rejiminden daha büyük haleler gazı soğutup yıldız oluşturacak kadar elverişli olmalı; daha küçük haleler ise gazını kaybetmeli ya da hiç tutamamalı. Cloud-9, gazı koruyup yine de etkili biçimde yıldızsız kalabilen bu dar “tatlı nokta” içinde yer alıyor olabilir. 23

Eğer bu yorum doğrulanırsa Cloud-9, ΛCDM’nin öngördüğü düşük kütleli karanlık madde halelerinin gözlemsel sınanması için önemli bir örnek olacak.

Sıradaki adım: Benzer bulutlar aranacak

Cloud-9 daha önce DESI Imaging Legacy Survey verilerinde de optik bir karşılık göstermemişti; o çalışmanın g bandı yüzey parlaklığı limiti yaklaşık 29,15 kadir/yay saniyesi karesiydi. 3

Gelecekte geniş alanlı H I taramaları ile daha derin optik gözlemler, benzer kompakt, yalıtılmış, aşırı metal fakiri veya yıldızsız adayları bulmaya çalışacak. Böylece Cloud-9’un tekil ve nadir bir kozmik kalıntı mı, yoksa şimdiye dek gizli kalmış bir nesne popülasyonunun ilk örneği mi olduğu anlaşılabilir.

Şimdilik en temkinli sonuç şu: Cloud-9’da yıldızlar, son derece sıkı gözlemsel sınırlara rağmen görülmedi. Bu durum, onu yıldızsız bir gaz ve karanlık madde halesi —bir RELHIC— için olağanüstü güçlü bir aday haline getiriyor; fakat kesin hüküm için yeni gözlemler ve model testleri gerekli. 12