В окрестностях спиральной галактики Водоворот астрономы выявили два аномальных скопления нейтрального водорода, лишенных видимых звезд. В каждом из этих объектов содержится приблизительно три миллиона солнечных масс исключительно в атомарном водороде. Ученые предполагают, что они могут являться редким проявлением небольшого гало темной материи, которое удержало газ, но не привело к формированию полноценной галактики со звездным населением.

Эти необычные образования получили наименования Cloud N и Cloud S. Их идентификация стала возможной благодаря исследованию данных, полученных с использованием крупнейшего радиотелескопа FAST, проводившемуся группой ученых под руководством Цинцзэ Чэня из Национальных астрономических обсерваторий Китайской академии наук.

Согласно современной космологической модели ΛCDM, первичные небольшие гало темной материи формировались до крупных галактик и впоследствии объединялись в более крупные структуры. Тем не менее, не каждое такое гало обязательно должно было эволюционировать в заметную галактику.

При недостаточной массе небесного тела его гравитационное притяжение может быть не в состоянии удержать плотный холодный газ. Значительное влияние оказывает ультрафиолетовое излучение, пронизывающее Вселенную – свет, исходящий от звёзд и квазаров, способный нагревать газ и мешать его охлаждению и сжатию. В соответствии с теоретическими расчётами, должны существовать небольшие гало тёмной материи, содержащие нейтральный водород, но не имеющие звёздных скоплений.

Подобные объекты получили название RELHIC – облака нейтрального водорода, в которых формирование звёзд было сдерживается процессами, связанными с реионизацией Вселенной. Считается, что они представляют собой возможные пережитки небольших гало, сохранившихся со времён ранней космической эволюции.

Для обнаружения таких систем астрономы проводили поиск излучения нейтрального водорода на длине волны 21 сантиметр. В этих целях были задействованы данные наблюдений телескопа FAST в рамках проекта FEASTS. Исследователи проанализировали окрестности 55 галактик и проверили найденные газовые структуры на соответствие ряду признаков, типичных для предполагаемых RELHIC.

Идеальный кандидат на роль такого объекта должен обладать компактной и приблизительно сферической формой, демонстрировать узкую спектральную линию с характерными скоростями около 20 километров в секунду и быть лишенным обнаруживаемого звездного компонента при наблюдениях в оптическом диапазоне.

Лишь два объекта из всей изученной совокупности соответствовали заданным критериям: Cloud N и Cloud S.

В каждом из них содержится приблизительно три миллиона солнечных масс нейтрального водорода, в то время как общая масса предполагаемого гало может составлять около 3,7 миллиарда масс Солнца. Установленное соотношение между объёмом газа и общей массой оказалось сопоставимо с предсказаниями теоретических моделей для подобных беззвёздных гало.

Оба облака расположены относительно недалеко друг от друга вблизи M51 – известной спиральной галактики Водоворот. Их расстояние до центра M51 составляет приблизительно 70–90 килопарсек, что эквивалентно примерно 228–293 тысячам световых лет.

Однако текущее расположение этих объектов не даёт возможности однозначно классифицировать их как долго искавшиеся гало тёмной материи, лишённые звёзд. M51 является системой галактик, находящихся во взаимодействии, и гравитационные приливные силы могут вытягивать газ из них.

В этом случае Cloud N и Cloud S не окажутся независимыми первичными образованиями, сохранившимися с эпохи ранней Вселенной, а будут представлять собой газовые остатки, образовавшиеся в результате взаимодействия галактик.

В настоящее время авторы исследования не готовы к однозначному подтверждению данной гипотезы. В связи с этим, выявленные образования классифицируются как потенциальные кандидаты в RELHIC, а не как окончательно установленные беззвёздные гало тёмной материи.

Определение истинной природы этих объектов станет возможным благодаря последующим радионаблюдениям, обладающим повышенным пространственным разрешением. Полученные данные позволят детально изучить распределение газа и его динамику, что даст возможность установить, являются ли облака самостоятельными гравитационными структурами или же частью приливных образований в системе M51.

В случае подтверждения природы Cloud N и Cloud S это предоставит уникальную возможность для непосредственного изучения небольших гало тёмной материи, в которых не сложились условия для формирования значительного количества звёзд. Хотя стандартная космологическая модель предсказывает существование огромного числа подобных объектов, их обнаружение представляет собой сложную задачу из-за крайне слабого излучения в видимом спектре.

Следовательно, два практически незаметных облака, расположенные вблизи одной из наиболее известных галактик, могут не только представлять собой редкие «неудавшиеся» галактики, но и предоставить астрономам новый инструмент для проверки предсказаний модели формирования крупномасштабной структуры Вселенной.

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.