Teleskop Hubble'a potwierdza istnienie RELHIC – obłoku zdominowanego przez ciemną materię

Astronomowie dokonali przełomowego odkrycia, potwierdzając istnienie unikalnego obiektu kosmicznego. Jest to gazowe obłok bogaty w wodór, całkowicie pozbawiony gwiazd i pozostający pod silnym wpływem ciemnej materii. Obiekt ten, nieoficjalnie nazwany „Cloud-9”, stanowi pierwszy zweryfikowany przykład tak zwanego Obłoku H I Ograniczonego Rejonizacją (RELHIC) we Wszechświecie. Odkrycie to, szczegółowo opisane na łamach czasopisma The Astrophysical Journal Letters, stało się możliwe dzięki analizie danych zebranych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a (NASA/ESA).

Cloud-9 znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie galaktyki spiralnej Messier 94 (M94), w odległości około 14,3 miliona lat świetlnych od Ziemi. Wstępne sygnały tego kosmicznego fenomenu zarejestrowano w 2023 roku podczas przeglądu radiowego przeprowadzonego przez chiński teleskop FAST o pięćsetmetrowej aperturze. Późniejsze obserwacje, wykonane za pomocą radioteleskopu Green Bank oraz amerykańskiej sieci VLA (Very Large Array), definitywnie potwierdziły jego sygnaturę radiową. Ostateczne upewnienie się co do braku gwiazd w obłoku uzyskano dzięki instrumentowi Advanced Camera for Surveys (ACS) na pokładzie teleskopu Hubble’a, co ostatecznie ugruntowało jego status jako reliktu, który nie zdołał zainicjować procesu formowania gwiazd.

Kluczowe parametry ilościowe obiektu są fascynujące. Średnica jądra złożonego z neutralnego wodoru wynosi około 4900 lat świetlnych, a masa samego gazu wodorowego szacowana jest na mniej więcej milion mas Słońca. Jednakże, na podstawie obliczeń uwzględniających równowagę ciśnienia gazu i grawitacji ciemnej materii, całkowita masa Cloud-9 osiąga gigantyczną wartość 5 miliardów mas Słońca. Ta dysproporcja wyraźnie wskazuje na absolutną dominację ciemnej materii w tym systemie. W skład zespołu badawczego, który zajmował się analizą, wchodzili naukowcy tacy jak Gagandeep Anand (STScI), Rachel Beaton (STScI) oraz Alejandro Benítez-Llambay z Uniwersytetu Milano-Bicocca.

Centralne pytanie naukowe, które nurtuje badaczy, dotyczy tego, dlaczego ten obiekt, posiadając teoretycznie wystarczającą ilość gazu do rozpoczęcia gwiazdotworzenia, pozostał pozbawiony jakichkolwiek gwiazd. Naukowcy doszli do wniosku, że Cloud-9 stanowi niezwykle rzadkie „okno na ciemny Wszechświat” i jest doskonałym przykładem „nieudanego galaktycznego projektu”. Jak zauważył Alejandro Benítez-Llambay, brak gwiazd stanowi empiryczne potwierdzenie teorii, ukazując „pierwotny budulec galaktyki, który nie doszedł do skutku”. To odkrycie dostarcza konkretnych dowodów dla modelu kosmologicznego ΛCDM (Lambda-CDM), który przewiduje istnienie takich bezgwiezdnych гало ciemnej materii w skali subgalaktycznej.

Znaczenie tej wiadomości dla astrofizyki polega na zaoferowaniu naukowcom niepowtarzalnej szansy na bezpośrednie badanie struktury całkowicie zdominowanej przez ciemną materię, bez zakłóceń wynikających z gwiezdnej sprzężenia zwrotnego. Cloud-9 wyróżnia się na tle innych znanych obłoków wodorowych swoją zwartością i sferycznym kształtem, co sugeruje jego dynamiczną stabilność, a nie to, że jest jedynie jakimś kosmicznym odłamem. Możliwość badania struktury, gdzie ciemna materia odgrywa główną rolę, poprzez jej składnik w postaci neutralnego wodoru, otwiera zupełnie nową metodologię dla fizyki ciemnej materii, co podkreślił Andrew Fox z AURA/STScI.