Hubble bevestigt bestaan van RELHIC: een donkere materie-gedomineerde gaswolk

Astronomen hebben de aanwezigheid van een uniek kosmisch fenomeen bevestigd: een gaswolk, rijk aan waterstof, die volledig verstoken is van sterren en zwaar wordt beïnvloed door donkere materie. Dit object, informeel 'Cloud-9' genoemd, is het eerste geval van wat bekendstaat als een Reionisatie-Beperkte H I Wolk (RELHIC) dat ooit is waargenomen in het heelal. De ontdekking, uitvoerig beschreven in het tijdschrift The Astrophysical Journal Letters, werd mogelijk gemaakt door de analyse van data verzameld door de ruimtetelescoop Hubble (NASA/ESA).

Cloud-9 bevindt zich in de nabijheid van de spiraalstelsel Messier 94 (M94), op een afstand van ongeveer 14,3 miljoen lichtjaar van de Aarde. De eerste aanwijzingen voor dit verschijnsel kwamen in 2023 naar boven tijdens een radio-onderzoek uitgevoerd door de Chinese FAST-telescoop met zijn vijfhonderd meter grote schotel. Latere observaties met de Green Bank-telescoop en de Very Large Array (VLA) in de Verenigde Staten bevestigden de karakteristieke radiosignatuur van de wolk.

De definitieve bevestiging dat de wolk geen sterren bevatte, kwam van de Advanced Camera for Surveys (ACS) aan boord van de Hubble-telescoop. Deze cruciale stap bevestigde de status van Cloud-9 als een overblijfsel dat nooit het proces van stervorming heeft kunnen starten. Het is een ware relikwie uit het vroege heelal.

De kwantitatieve details van Cloud-9 zijn opmerkelijk. De kern van neutrale waterstof heeft een diameter van circa 4900 lichtjaar, en de massa van het waterstofgas wordt geschat op ongeveer één miljoen keer de massa van onze Zon. Echter, berekeningen gebaseerd op de balans tussen gasdruk en de zwaartekracht van de omringende donkere materie wijzen uit dat de totale massa van Cloud-9 een duizelingwekkende 5 miljard zonsmassa's bedraagt. Dit cijfer onderstreept de overweldigende dominantie van donkere materie in dit object.

De onderzoeksgroep die dit fenomeen onder de loep nam, bestond uit wetenschappers zoals Gagandeep Anand (STScI), Rachel Beaton (STScI) en Alejandro Benítez-Llambay (Universiteit van Milaan Bicocca). Hun werk werpt licht op een fundamentele vraag in de kosmologie: waarom is dit object, dat theoretisch genoeg gas bezit voor stervorming, sterrenloos gebleven?

Volgens de onderzoekers biedt Cloud-9 een zeldzaam 'venster op het donkere heelal' en dient het als een tastbaar voorbeeld van een 'mislukte sterrenstelselgeschiedenis'. Alejandro Benítez-Llambay merkte op dat de afwezigheid van sterren de theorie bevestigt door een 'oorspronkelijke bouwsteen van een sterrenstelsel te tonen die niet tot ontwikkeling is gekomen'. Dit bewijs levert een empirische onderbouwing voor het ΛCDM-kosmologische model, dat het bestaan van dergelijke sterrenloze halo's van donkere materie op subgalactische schaal voorspelt.

De relevantie van deze bevinding voor de astrofysica is groot, aangezien het wetenschappers een unieke kans biedt om de structuur van donkere materie direct te bestuderen, zonder de verstorende invloed van stellaire feedbackmechanismen. Cloud-9 onderscheidt zich van andere bekende waterstofwolken door zijn compacte en sferische vorm, wat duidt op dynamische stabiliteit in plaats van het een restant van een botsing te zijn. Andrew Fox van AURA/STScI benadrukte dat de mogelijkheid om de structuur, gedomineerd door donkere materie, te onderzoeken via de component van neutrale waterstof, een geheel nieuwe onderzoeksmethode voor de fysica van donkere materie opent.