Cloud-9: чи знайшли астрономи «темну галактику» без зір?

Cloud-9 — це компактна хмара нейтрального атомарного водню (H I) поблизу спіральної галактики Мессьє 94 (M94). Вона може бути рідкісною майже беззоряною «темною галактикою»: газом, який утримується в гало темної матерії, але практично не сформував зір. Нині це найпереконливіший кандидат на RELHIC — Reionization-Limited H I Cloud, тобто хмару нейтрального водню, чию еволюцію обмежила рання епоха реіонізації. Проте це все ще інтерпретація наявних даних, а не остаточний доказ повної відсутності зір. 23

Знімки, глибші удесятеро — і все одно без світла

Група під керівництвом Ігнасіо Трухільйо спостерігала Cloud-9 за допомогою швидкісної камери HiPERCAM на телескопі Gran Telescopio Canarias. Дослідники досягли меж поверхневої яскравості 31,4 маг/кут. сек² у фільтрі g та 31,0 маг/кут. сек² у r — приблизно вдесятеро глибше, ніж попередні глибокі зображення цієї ділянки неба. 1

У центральній області розміром 1′ × 1′, що відповідає приблизно 1,3 × 1,3 кілопарсека, або близько 4 200 світлових років, жодного дифузного зоряного випромінювання не виявлено. 1

Якщо там усе-таки є зорі, то за припущення про найскладнішу для виявлення популяцію — стару й бідну на важкі елементи — їхня поверхнева густина не перевищує близько 0,01 маси Сонця на квадратний парсек, а сумарна маса має бути меншою за 16 000 мас Сонця. 1 Це обмеження, отримане за сумарним світлом, незалежно підтверджує попередній пошук окремих зір телескопом Hubble. 12

Чому Cloud-9 така незвична

Радіоспостереження показують, що Cloud-9 є компактною, динамічно «холодною» та, вочевидь, не обертається. Вона містить приблизно 1 млн мас Сонця нейтрального водню. 2

Моделі, якими пояснюють її властивості, дають оцінку маси гало порядку 5 млрд мас Сонця. Якщо порівнювати саме цю величину з масою нейтрального водню, виходить часто згадуване співвідношення приблизно 5 000:1. Важливе уточнення: це не стандартне співвідношення темної матерії до всієї звичайної матерії, адже до баріонної речовини також належать гелій та можливий іонізований газ.

«Вузьке вікно» після реіонізації

У моделі ΛCDM — сучасній базовій космологічній моделі з холодною темною матерією — реіонізація нагріває міжгалактичний газ. Через це найменші гало не можуть утримати газ або не здатні його накопичити, тоді як дещо масивніші гало достатньо ефективно охолоджують газ і формують зорі. 23

Cloud-9, імовірно, розташована саме у вузькому теоретичному «солодкому місці»: її гало ще може втримувати H I, але умови для утворення зір залишаються несприятливими. 23 Якщо це пояснення правильне, об’єкт дає змогу перевірити передбачення ΛCDM про численну, але важку для спостереження популяцію маломасивних гало темної матерії.

Що ще належить перевірити

Фраза «беззоряна» тут означає не те, що існування навіть однієї зорі доведено спростовано, а те, що зір не видно за надзвичайно суворих нинішніх меж чутливості. Так само оцінка маси гало залежить від моделі. 12

Перші пошуки в DESI Imaging Legacy Survey уже не виявили оптичного відповідника Cloud-9 до межі близько 29,15 маг/кут. сек². 3 Майбутні широкопольні огляди в лінії H I та глибокі оптичні спостереження можуть знайти інші компактні, ізольовані й надзвичайно бідні на важкі елементи або беззоряні об’єкти. Тоді стане зрозуміліше, чи Cloud-9 — винятковий космічний релікт, чи перший виявлений представник цілої популяції.