Cloud-9 може бути «галактикою, що так і не засвітилася»

Cloud-9 — це компактна хмара нейтрального водню (H I) на околицях близької спіральної галактики Мессьє 94 (M94). Вона є одним із найпереконливіших кандидатів на RELHIC (Reionization-Limited H I Cloud, тобто хмару нейтрального водню, обмежену епохою реіонізації): гало темної матерії, яке зберегло частину газу після ранньої іонізації Всесвіту, але, ймовірно, не сформувало помітної популяції зір. 2

Як шукали зорі там, де їх може не бути

Група під керівництвом Ігнасіо Трухільйо використала швидкісну камеру HiPERCAM на 10,4-метровому Gran Telescopio Canarias на острові Ла-Пальма. Вона отримала надглибокі оптичні знімки в смугах g та r із межами поверхневої яскравості 31,4 і 31,0 зоряної величини на квадратну кутову секунду відповідно. Це приблизно у десять разів глибше за попередні глибокі зображення цієї ділянки. 1

Результат — відсутність виявленого дифузного зоряного випромінювання в центральній області Cloud-9 розміром 1′ × 1′. На її відстані це приблизно 1,3 × 1,3 кілопарсека, або близько 4 200 × 4 200 світлових років. 1

Якщо в цій області все ж є стара популяція зір із низьким вмістом важких елементів, її поверхнева густина має бути не більшою за ≲0,01 маси Сонця на квадратний парсек, а сумарна зоряна маса — ≲16 000 мас Сонця. Це не абсолютний доказ цілковитої відсутності будь-яких зір, але надзвичайно суворе обмеження. 1

Чому це важливо

Новий результат, отриманий за інтегральним світлом, незалежно узгоджується з попередніми пошуками окремих зір за даними «Габбла»: у місці розташування хмари не ховається звичайна тьмяна карликова галактика. 12

Радіоспостереження вказують, що Cloud-9 містить близько 1 мільйона мас Сонця нейтрального водню. Якщо цей газ утримується гравітацією, маса гало може сягати близько 5 мільярдів мас Сонця. За такого тлумачення система майже повністю визначається темною матерією: співвідношення маси гало до виявленого водневого компонента становить порядку 5 000 : 1. 2

Для теорії це важлива «золота середина». Трохи масивніше гало, ймовірно, накопичило б щільніший газ і запустило зореутворення. У менш масивному гало газ, навпаки, мав би бути іонізований зовнішнім випромінюванням або втрачений. 2

Підтримка моделі ΛCDM — але не остаточний вирок

Cloud-9 не є прямим виявленням темної матерії. Так само ці дані не доводять, що в ній немає жодної зорі взагалі. Проте поєднання великої газової маси з дуже жорсткими межами на зоряне світло робить об’єкт винятково сильним емпіричним кандидатом на майже «темне» маломасивне гало, існування яких передбачає космологічна модель ΛCDM — модель холодної темної матерії з космологічною сталою. 12

Наступний крок — з’ясувати, чи є Cloud-9 рідкісним винятком, чи представником численнішої популяції. Для цього знадобляться широкі й глибокі оптичні та H I-огляди; особливо перспективними цілями вважають ізольовані газовмісні карликові системи з надзвичайно низькою металічністю та подібні компактні хмари нейтрального водню. 3