Een team dat gebruikmaakt van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA/ESA heeft een nieuw type astronomisch object ontdekt: een sterloze, gasrijke wolk van donkere materie die wordt beschouwd als een ‘relikwie’ of overblijfsel van de vroege vorming van sterrenstelsels. Dit object, dat de bijnaam ‘Cloud-9’ heeft gekregen, is de eerste bevestigde waarneming van een dergelijk object in het heelal.
De ontdekking draagt bij aan een beter begrip van de vorming van sterrenstelsels, het vroege heelal en de aard van donkere materie zelf. “Dit is het verhaal van een mislukt sterrenstelsel”, aldus Alejandro Benitez-Llambay van de Milano-Bicocca Universiteit in Milaan, Italië, hoofdonderzoeker van het programma. “In de wetenschap leren we meestal meer van mislukkingen dan van successen. In dit geval bewijst het ontbreken van sterren dat de theorie klopt. Het vertelt ons dat we in het lokale heelal een oeroude bouwsteen hebben gevonden van een sterrenstelsel dat zich nog niet heeft gevormd.” “Deze wolk is een venster op het donkere universum”, legt teamlid Andrew Fox van AURA/STScI voor het Europees ruimteagentschap ESA uit. “We weten uit theorie dat het grootste deel van de massa in het universum naar verwachting uit donkere materie bestaat, maar het is moeilijk om dit donkere materiaal te detecteren omdat het geen licht uitstraalt. Cloud-9 geeft ons een zeldzame blik op een wolk die gedomineerd wordt door donkere materie.”
Het object wordt een Reionization-Limited H I Cloud, of “RELHIC” genoemd. De term “H I” verwijst naar neutraal waterstof, en “RELHIC” beschrijft een oeroude waterstofwolk uit de vroege dagen van het heelal, een fossiel overblijfsel dat geen sterren heeft gevormd. Jarenlang hebben wetenschappers gezocht naar bewijs voor het bestaan van zo'n theoretisch fantoomobject. Pas toen ze de Hubble-telescoop op de wolk richtten en bevestigden dat deze inderdaad sterloos is, vonden ze ondersteuning voor de theorie. “Voordat we Hubble gebruikten, kon je stellen dat dit een zwakke dwergsterrenstelsel was dat we niet konden zien met telescopen op aarde. Die waren gewoon niet gevoelig genoeg om sterren te ontdekken”, legt hoofdauteur Gagandeep Anand van STScI uit. “Maar met de Advanced Camera for Surveys van Hubble kunnen we vaststellen dat er niets is.”
De ontdekking van deze relikwie-wolk was een verrassing. “Onder onze galactische buren zouden er wel eens een paar verlaten huizen kunnen staan”, aldus Rachael Beaton van het STScI, die ook deel uitmaakt van het onderzoeksteam. RELHIC's worden beschouwd als donkere-materiewolken die niet genoeg gas hebben kunnen verzamelen om sterren te vormen. Ze bieden een kijkje in de vroege stadia van de vorming van sterrenstelsels. Cloud-9 suggereert het bestaan van vele andere kleine, door donkere materie gedomineerde structuren in het heelal, andere mislukte sterrenstelsels. Deze ontdekking biedt nieuwe inzichten in de donkere componenten van het heelal die moeilijk te bestuderen zijn met traditionele observaties, die zich richten op heldere objecten zoals sterren en sterrenstelsels. Wetenschappers bestuderen al vele jaren waterstofwolken in de buurt van de Melkweg, en deze wolken zijn doorgaans veel groter en onregelmatiger dan Cloud-9. In vergelijking met andere waargenomen wolken is Cloud-9 kleiner, compacter en zeer bolvormig, waardoor het er heel anders uitziet dan andere wolken. De kern van dit object bestaat uit neutraal waterstof en heeft een diameter van ongeveer 4900 lichtjaar. Het waterstofgas in Cloud-9 heeft ongeveer 1 miljoen keer de massa van de zon. Maar als de druk van het gas de zwaartekracht van de donkere-materiewolk in evenwicht houdt, wat het geval lijkt te zijn, moet Cloud-9 sterk worden gedomineerd door donkere materie, met een massa van ongeveer 5 miljard zonsmassa's.
Cloud-9 is een voorbeeld van structuren en mysteries die niets met sterren te maken hebben. Alleen naar sterren kijken geeft geen volledig beeld. Door gas en donkere materie te bestuderen, krijgen we een beter begrip van wat er in deze systemen gebeurt, iets wat anders onbekend zou blijven. Het is moeilijk om deze mislukte sterrenstelsels te identificeren, omdat nabijgelegen objecten ze overstraalden. Dergelijke systemen zijn ook kwetsbaar voor omgevingsfactoren zoals ramdrukstripping, waardoor gas kan verdwijnen als de wolk door de intergalactische ruimte beweegt. Deze factoren zorgen ervoor dat hun verwachte aantal nog verder afneemt. Het sterloze overblijfsel werd drie jaar geleden ontdekt als onderdeel van een radio-onderzoek door de Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST) in Guizhou, China, een bevinding die later werd bevestigd door de Green Bank Telescope en de Very Large Array-faciliteiten in de Verenigde Staten. Maar alleen met Hubble konden onderzoekers definitief vaststellen dat het mislukte sterrenstelsel geen sterren bevat.
Cloud-9 kreeg zijn naam simpelweg omdat het de negende gaswolk was die werd geïdentificeerd aan de rand van een nabijgelegen spiraalvormig sterrenstelsel, Messier 94 (M94). De wolk bevindt zich dicht bij M94 en lijkt een fysieke band met het sterrenstelsel te hebben. Uit hoge-resolutie radiogegevens blijkt dat er sprake is van lichte gasvervormingen, wat mogelijk wijst op een interactie tussen de wolk en het sterrenstelsel. De wolk kan in de toekomst uiteindelijk een sterrenstelsel vormen, mits hij massiever wordt, hoewel hoe dat zou gebeuren nog onderwerp van speculatie is. Als hij veel groter was, bijvoorbeeld meer dan 5 miljard keer de massa van onze zon, zou hij zijn ingestort, sterren hebben gevormd en een sterrenstelsel zijn geworden dat niet zou verschillen van andere sterrenstelsels die we zien. Als hij veel kleiner was geweest, zou het gas kunnen zijn verspreid en geïoniseerd en zou er niet veel van over zijn gebleven. Maar het bevindt zich op een ideale plek waar het als RELHIC kan blijven bestaan. Het ontbreken van sterren in dit object biedt een uniek inzicht in de intrinsieke eigenschappen van donkere-materiewolken. De zeldzaamheid van dergelijke objecten en het potentieel voor toekomstig onderzoek zullen naar verwachting leiden tot de ontdekking van meer van deze “mislukte sterrenstelsels” of “relikwieën”, wat inzicht zal geven in het vroege heelal en de fysica van donkere materie.
Bron: ESA/NASA/Hubble
