Cloud–9: bizarr, csillagtalan szellemgalaxisra bukkantak az univerzum mélyén

A csillagtalan galaxis fogalma már önmagában is ellentmondásosnak tűnhet, hiszen a „normális” galaxisokat csillagok milliárdjai, továbbá nagy mennyiségű intersztelláris por és gáztömegek építik fel. A Cloud–9 nevet kapott újonnan felfedezett galaktikus objektumot éppen ezért szerencsésebb lenne egy sikertelen vagy kudarcot vallott galaxisnak hívni, mivel csak sötét anyag és hidrogéngáz építi fel, és nem tudtak kialakulni benne a csillagok.

A Cloud 9 egy csillagok nélküli és hagyományos műszerekkel láthatatlan galaktikus objektum Fotó: NASA/ESA

A Cloud–9 a legelső felfedezettje a reionizációs korlátozott HI felhőknek (RELHIC) nevezett új objektumosztálynak, amelyeket a sötét anyag különleges felhőinek tekintenek a csillagászok.

A Cloud–9 egy olyan szellemgalaxis ami az optikai fény tartományában láthatatlan   Fotó: ESA/Hubble

Cloud–9: egy hihetetlen galaxis, amelyben nincsenek csillagok

A Cloud–9 az optikai fénytartományban láthatatlan olyan szellemgalaxis, ami annak köszönheti a láthatatlanságát, hogy e furcsa galaktikus objektum legnagyobb része sötét anyagból áll. Az asztrofizikusok azt a hipotetikus anyagfajtát nevezik sötét anyagnak, ami csak a gravitációval lép kölcsönhatásba. A sötét anyag csillagászati műszerekkel nem figyelhető meg, mivel semmiféle elektromágneses sugárzást, így fényt sem bocsát ki magából; a jelenlétére kizárólag a látható anyagra és a mikrohullámú kozmikus háttérsugárzásra kifejtett gravitációs hatásából következtethetünk. 

A sötét anyag és a sötét energia eloszlása az univerzumban  Fotó: TrendinTech

A vezető kozmológiai modellek szerint a sötét anyag még a normál anyag előtt kezdett el csomósodni. Az erre vonatkozó elmélet szerint a sötétanyag-halók széles tömegtartományban fordulnak elő az univerzumban, és az ilyen típusú legnagyobb objektumokból alakultak ki a galaxisok.

A galaxisok a csillagok, a csillagközi gázok és portömegek továbbá a láthatatlan sötét anyag nagy kiterjedésű és gravitációsan kötött rendszerei. Egy átlagos galaxisban 10 millió és 1000 milliárd közötti lehet a csillagok száma, amelyek mind azonos tömegközpont körül keringenek. A legtöbb galaxis átmérője több ezertől a több százezer fényévnyi átmérőig terjedhet. A csillagvárosok jellemzően több millió fényév távolságra vannak egymástól a kozmikus térben. Egy-egy galaxison belül különböző típusú csillagtársulások, nyílt és gömbhalmazok is előfordulnak. Az univerzum belátható részében több mint százmilliárd csillagváros létezhet.

A fényes és nagy galaxisok legnagyobb részében a sötét anyag biztosítja a csillagvárosok stabil szerkezetét   Fotó: NASA/JPL-Caltech

A legkisebbek – amelyeket sötét halóknak neveznek a csillagászok – általában túl kicsik ahhoz, hogy elinduljon bennük a csillagképződés, de ahhoz elég nagyok lehetnek, hogy gázt tartsanak magukban. „A Cloud–9 a sötét haló tömegtartományának legfelső végén helyezkedik el, így (RELHIC-objektumként) megtarthatja gázát, és éppen ezért rádiómegfigyeléseken keresztül látható” – mondja Gagandeep Anand, a Space Telescope Science Institute (STScI) munkatársa és a kapcsolódó tanulmány vezető szerzője, akit az Ilf Science tudományos hírportál idéz.

A Cloud–9 csillagtalan galaktikus objektum 14 millió fényév távolságra van a Földtől   Fotó: NASA Science

 „Ha a Cloud–9 nagyobb tömegű lenne, összeomlana, csillagokat hozna létre és galaxissá válna. Ha kisebb lenne a tömege, a benne lévő gáz szétesne. Ez a galaktikus felhő az »ideális ponton« helyezkedik el; se nem túl nagy, se nem túl kicsi” – mondja Andrew Fox, az AURA/STScI munkatársa az Európai Űrügynökségnél.

Sötét anyagból és hidrogéngázból áll a gigantikus képződmény

A megfigyelési adatok elemzése azt mutatja, hogy a Cloud–9 egy hidrogéngázból és sötét anyagból álló galaktikus felhő, amelynek tömege hozzávetőleg egymilliószorosa a Napénak. A Cloud–9 tizennégymillió fényévnyire fekszik a Földtől, az átmérője pedig körülbelül 4900 fényév. A kozmikus képződmény jelentős részben sötét anyagból áll; a hagyományos galaxisokra jellemző 5:1 arány helyett azonban ez ennél az objektumnál megközelíti az 5000:1-hez arányt ami azt jelenti, hogy a Cloud–9 ötmilliárd naptömegnyi sötét anyaggal rendelkezik.

A kifejlett és fényes galaxisokban 5:1 a sötét és a látható anyag aránya   Fotó: NASA/ESA/ The Hubble Heritage Team 

 „Egy ekkora kiterjedésű felhőnek gravitációs forrásra van szüksége ahhoz, hogy egyben maradjon. Nincsenek benne csillagok, amelyek ezt a gravitációt biztosítanák, és a semleges hidrogéngáz sem tartalmaz elég tömeget ehhez, így a sötét anyagnak kell lennie ezért a felelősnek. Enélkül ugyanis a felhő egyszerűen szétesne” – mondja Andrew Fox, az Európai Űrügynökség (ESA) kutatója. „A sötét anyag jelenlétére utaló bizonyíték teszi a Cloud–9-et olyan lenyűgözővé. A galaxiskeletkezési elméletek azt jósolják, hogy létezik egy minimális sötétanyag-küszöbérték, ami ahhoz szükséges, hogy beinduljon a csillagkeletkezés és a sötét felhő világító galaxissá alakuljon. 

A sötét anyag feltételezett eloszlása a Tejútrendszerben   Fotó: NASA/ESA

A Cloud–9 esetében egy olyan objektumról beszélhetünk, amely közvetlenül e küszöbérték alatt van, és nem tartalmaz csillagokat. Az új Hubble-észlelések pedig kritikus fontosságúak voltak ebben, mert bebizonyították, hogy a felhőben nincsenek kimutatható csillagok, egészen a nagyon érzékeny (halvány) szintekig bezárólag” – fűzi hozzá az ESA munkatársa.

Az univerzumban is léteznek fejlődési zsákutcák

A tömeg szerepet játszik a reionizációs korlátozott HI felhők, vagyis a RELHIC-ek túlélésében, de mint ahogy az gyakran lenni szokott, ebben a kozmikus helyszín is számít. A Cloud–9 elszigetelt térben található, 260 000 fényévnyire a Messier 94 (M94) katalógusjelű spirálgalaxistól. Ez a távolság pedig lehetővé tette, hogy az objektum az eredeti formájában háborítatlanul  fennmaradjon. „Röviden, a Cloud–9 amiatt tekinthető egyedülállónak, mert pont megfelelő a tömege és a térbeli helye is” – magyarázza Andrew Fox. 

A Messier M94 spirálgalaxis asztrofotója   Fotó: R. Jay Gabany (Blackbird Obs.) 

Emiatt az olyan objektumok, mint a Cloud–9, meglehetősen ritkák és egyáltalán nem könnyű megtalálni őket. A rádióteleszkópok kulcsfontosságúak az izzó semleges hidrogén jellemzőinek észlelésében, de ezek a lehetséges RELHIC-ek természetüknél fogva sem nem feltűnőek, sem nem nagyok. A teleszkópok csak a közelmúltban váltak elég érzékennyé ahhoz, hogy felismerjék a szóba jöhető jelölteket. „E felhők a semleges hidrogéntartalmuk miatt ugyan a rádiótartományban megfigyelhetők, de csak a közelmúltban kezdtek el azok a nagy érzékenységű rádióobszervatóriumok működni, mint a kínai FAST teleszkóp – amellyel a Cloud–9-et is felfedezték –, és ennek köszönhető, hogy sikerült megtalálni az első RELHIC-jelölteket. Ahhoz azonban, hogy igazoljuk, hogy a Cloud–9 valóban egy RELHIC-objektum, meg kellett erősítenünk csillagtalan jellegét, amit most a Hubble-űrteleszkóppal meg is tettünk” – mondta Gagandeep Anand, a Space Telescope Science Institute kutatója. 

Bár a Cloud–9 az első megerősített RELHIC-jelölt, ám mégsem ez számít az első csillagtalan galaxisnak. 

Még 2024-ben jelentették be a csillagászok a J0613+52 katalógusjelű galaxis felfedezését, amely 270 millió fényévnyire található és úgy tűnik, hogy nincsenek benne csillagok; az objektum csak egy nagy forgó gáztömeg.

A J0613+52 galaxisban szintén nincsenek csillagok, de ez egy más típusú  kozmikus objektum, mint a Cloud–9   Fotó: YouTube

Annak ellenére, hogy sem a Cloud–9-ben, sem pedig J0613+52 galaktikus objektumban nincsenek csillagok csak nagy tömegű hidrogén jelenléte mutatható ki bennük, mégis nagyon különböznek egymástól. „Úgy tűnik, hogy ez is egy sikertelen galaxis, de ez az objektum két kulcsfontosságú jellemzőben különbözik a Cloud–9-től. Először is, korongként forog, míg a Cloud–9 egyáltalán nem végez rotálómozgást. Másodszor, sokkal nagyobb tömegű mint a Cloud–9, körülbelül ezerszer nagyobb gáztömeggel. Tehát nagyon eltérő tömegskálákat fednek le” – magyarázza a két csillagtalan galaktikus objektum közötti különbséget Andrew Fox. E felfedezések azt bizonyítják, hogy az univerzumban több olyan galaxisfejlődési irány is kialakult, amelyek kudarcot vallottak a csillagok, és így a valódi csillagvárosok kialakulásában. A Cloud–9 felfedezése ugyanakkor megerősíti a sötét anyag létezésével, illetve jelentőségével kapcsolatos hipotézisek megalapozottságát is.

A The Astrophysical Journal Letters szakfolyóiratban publikált tanulmány itt olvasható el teljes terjedelmében, angol nyelven.

A Cloud–9 jelű objektum:

• egy olyan furcsa csillagtalan galaxis,
• ami legnagyobb részt sötét anyagból és semleges hidrogéngázból áll,
• és amelynek tömeghatára nem tette lehetővé, hogy elinduljon benne a csillagképződés,
• így az optikai műszerek számára láthatatlan, csak érzékeny rádióteleszkópokkal azonosítható.