Něco takového nemělo existovat. Vědci objevili mrtvou galaxii, pohromadě ji drží temná hmota

Vypadá jako galaxie, která nikdy nevznikla. Astronomové objevili v blízkém vesmíru podivnou strukturu, která neobsahuje žádné hvězdy a pohromadě ji drží obrovské množství temné hmoty. „Je to okno do temného vesmíru,“ říká o útvaru Cloud-9 astronom Andrew Fox. Podle vědců jde o jeden z nejzásadnějších důkazů toho, jak se mohly rodit galaxie a proč některé z nich selhaly dřív, než vůbec vznikly.

Astronomové identifikovali neobvyklý objekt vzdálený přibližně 14,3 milionu světelných let od Země, v sousedství spirální galaxie M94 známé také jako Kočičí oko. Objekt dostal označení Cloud-9 a už na první pohled se vymyká všemu, co vědci dosud pozorovali. Neobsahuje totiž žádné hvězdy. Místo toho se zdá, že jde o shluk temné hmoty obalený oblakem chladného vodíku, který se ve vesmíru vznáší jako přízrak.

„Tenhle oblak je oknem do temného vesmíru,“ říká astronom Andrew Fox ze Space Telescope Science Institute. „Z teorie víme, že většinu hmoty ve vesmíru tvoří temná hmota. Jenže je nesmírně obtížné ji pozorovat, protože nevyzařuje žádné světlo. Cloud-9 nám tak poskytuje vzácný pohled na objekt, v němž temná hmota jednoznačně dominuje.“

Ačkoli galaxie existují v nepřeberném množství tvarů a velikostí, astronomové u nich očekávají základní stavební prvky: hvězdy, plyn a halo temné hmoty, laicky řečeno neviditelný obal, který zajišťuje většinu jejich gravitace. Právě temná hmota je podle současných modelů klíčová. Funguje jako neviditelná gravitační kostra, která drží galaxii pohromadě. Bez ní by byl vesmír pravděpodobně chaotickým, rozptýleným místem. Přesto dodnes netušíme, z čeho se tato hmota skládá. Víme jen, že tam je a že má zásadní vliv.

Co je halo temné hmoty?

Halo temné hmoty je neviditelný obal galaxie, který ji obklopuje ze všech stran a sahá daleko za hranice hvězd, plynu i prachu, které vidíme na obloze. Netvoří ho běžná hmota, ale temná hmota, která sama nesvítí – astronomové o její existenci vědí jen díky jejím gravitačním účinkům. Právě halo drží galaxii pohromadě: bez něj by se hvězdy na jejím okraji pohybovaly tak rychle, že by se postupně rozletěly do prostoru. U Mléčné dráhy tvoří halo většinu její celkové hmotnosti a rozprostírá se až stovky tisíc světelných let od galaktického středu.

Podle modelů vzniku galaxií se struktury temné hmoty formují velmi brzy po vzniku vesmíru. Vytvářejí gravitační kapsy, do nichž se postupně zachycuje běžná hmota, například neutrální vodík. Ten se může časem zahušťovat natolik, že se v něm spustí tvorba hvězd. Jenže právě v tom se Cloud-9 vymyká.

Objekt byl poprvé zaznamenán při rádiovém mapování oblohy, jehož cílem bylo hledání neutrálního vodíku. Pozorování probíhalo pomocí čínského radioteleskopu FAST, největšího svého druhu na světě, a zaměřovalo se na oblast poblíž galaxie M94. Právě skutečnost, že detekovaný vodík je neutrální, je zásadní. Naznačuje totiž, že plyn je relativně chladný, kompaktní a gravitačně vázaný. Zároveň nebyl ionizován všudypřítomným ultrafialovým zářením, které ve vesmíru produkují hvězdy a galaxie.

„Je to příběh neúspěšné galaxie“

Podle astronomů by mohlo jít o reionizací omezený oblak neutrálního vodíku. To je hypotetický objekt složený z temné hmoty a neutrálního plynu, který nikdy nepřekročil práh nutný pro vznik hvězd. Simulace raného vesmíru s těmito objekty dlouhodobě počítají, jenže v praxi je téměř nemožné je jednoznačně identifikovat. Většina takových oblaků totiž časem přijde o plyn, nebo je astronomové zamění za trosky po galaktických srážkách či za objekty v popředí.

Samotná data z FAST ale k potvrzení nestačila. Podobný oblak s označením FAST J0139+4328 například vykazuje známky rotace a obsahuje slabé stopy hvězd, což naznačuje, že nejde o skutečně primordiální objekt. Cloud-9 proto podrobil dalšímu výzkumu tým vedený astronomem Gagandeepem Anandem ze Space Telescope Science Institute.

Vědci využili radioteleskop Green Bank, aby podrobně prozkoumali rozložení neutrálního vodíku. Výsledky ukázaly, že Cloud-9 tvoří hustý, kulovitý oblak o průměru přibližně 4 900 světelných let. Obsahuje asi milion Sluncí hmoty ve formě plynu a nevykazuje žádnou rotaci. Aby taková struktura zůstala stabilní, muselo by ji podle výpočtů držet pohromadě zhruba pět miliard Sluncí v podobě temné hmoty.

Klíčovou roli sehrál také Hubbleův vesmírný teleskop. Pokud by se v oblaku skrývalo více než několik tisíc slunečních hmot ve formě hvězd, teleskop by je dokázal odhalit. Nezaznamenal však vůbec nic. Hloubka pozorování umožnila vědcům vyloučit dokonce i existenci extrémně slabé trpasličí galaxie podobné objektu Leo T, jedné z nejméně výrazných plynem bohatých galaxií v našem okolí. Pokud tedy Cloud-9 nějaké hvězdy má, jejich celková hmotnost může odpovídat nanejvýš několika tisícům Sluncí.

„Je to příběh neúspěšné galaxie,“ říká o struktuře astronom Alejandro Benítez-Llambay z milánské univerzity Milano-Bicocca. „Ve vědě se často naučíme víc z nezdarů než z úspěchů. Právě absence hvězd v tomto případě potvrzuje naši teorii. Ukazuje nám, že jsme v blízkém vesmíru našli stavební kámen galaxie, která se nikdy nezformovala.“

V budoucnu se Cloud-9 možná ještě promění v plnohodnotnou galaxii. Prozatím však představuje vzácnou fosilii z doby formování vesmíru – tichý, temný relikt, který nám pomáhá pochopit, jak se galaxie rodí. A také proč se některé z nich nikdy nerozzářily.

Zdroj: sciencealert.com, The Astrophysical Journal Letters