// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
FAST-Teleskop entdeckt zwei sternlose Wasserstoffwolken, die Dunkle-Materie-Halos sein könnten
Zwei kompakte Wolken aus neutralem Wasserstoff nahe der Whirlpool-Galaxie M51 könnten zu einer bislang nur selten beobachteten Klasse nahezu sternloser Dunkle-Materie-Halos gehören. Ihre Gasmassen, Linienbreiten und optischen Grenzen passen zu sogenannten RELHICs. Wegen der starken Wechselwirkung im M51-System bleibt jedoch offen, ob die Wolken stattdessen herausgerissenes Gezeitenmaterial sind.
Beijing (China). Im kosmologischen Standardmodell bilden Dunkle-Materie-Halos das unsichtbare Gerüst, in dem sich Gas sammelt und Galaxien entstehen können, während sehr massearme Halos häufig kaum Sterne hervorbringen dürften. Ihr Gas bleibt nach der kosmischen Reionisation durch die ultraviolette Hintergrundstrahlung erwärmt und kann dadurch nicht ausreichend abkühlen.
Solche theoretisch vorhergesagten Systeme werden Reionisation-Limited H I Clouds, kurz RELHICs, genannt. Sie sollten kompakte Kerne aus neutralem atomarem Wasserstoff, dem in der Astronomie als H I bezeichneten Gas, enthalten und nur eine geringe innere Geschwindigkeitsbreite zeigen. Beobachtbar wären sie vor allem über die 21-Zentimeter-Radiostrahlung des Wasserstoffs.
Forscher der National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences (NAOC) um Qingze Chen haben nun zwei solcher Kandidaten im Umfeld von M51 gefunden. Das Team hat tiefe H-I-Daten des Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST) aus dem FAST Extended-Atlas-of-Selected-Targets Survey (FEASTS) ausgewertet und insgesamt 55 Galaxienfelder nach kompakten Gasquellen durchsucht.
Mit der Software SoFiA identifizierten die Wissenschaftler zunächst H-I-Quellen und glichen deren Positionen mit den DESI Legacy Imaging Surveys ab. Kandidaten mit sichtbaren optischen Gegenstücken oder deutlich langgezogenen Formen schieden aus, sodass unter den sechs kleineren H-I-Wolken im M51-Feld schließlich nur Cloud S und Cloud N alle Auswahlkriterien erfüllten.
Die beiden Wolken liegen in Projektion rund 70 bis 90 Kiloparsec vom Zentrum von M51 entfernt. Cloud S enthält etwa 4,0 Millionen Sonnenmassen neutralen Wasserstoff und Cloud N rund 3,4 Millionen Sonnenmassen, während ihre H-I-Linien mit Breiten von etwa 21,6 beziehungsweise 29,3 Kilometern pro Sekunde vergleichsweise schmal bleiben.
In tiefen optischen Aufnahmen fanden die Forscher an den Positionen der Wolken kein Gegenstück. Für das g-Band liegt die konservativ angesetzte Grenze der Flächenhelligkeit bei rund 27,5 Magnituden pro Quadratbogensekunde. Nimmt man für ein mögliches verborgenes Sternsystem einen für lokale Zwergsatelliten typischen effektiven Radius von rund 500 Parsec an, liegt seine Leuchtkraft nach der Analyse wahrscheinlich unter 100.000 Sonnenleuchtkräften.
Auch die Verteilung des Wasserstoffs passt zu den Modellvorhersagen für RELHICs. Aus hydrostatischen Modellen in Dunkle-Materie-Halos leitet das Team für beide Wolken eine charakteristische Halomasse von 3,7 ± 0,4 Milliarden Sonnenmassen ab. Ein Vergleich mit sternlosen Halos der kosmologischen TNG50-Simulation zeigt zugleich die begrenzte Genauigkeit dieser Ableitung. Die so geschätzten Massen stimmen dort typischerweise nur innerhalb eines Faktors von etwa zwei mit den tatsächlichen Halomassen überein.
Die Übereinstimmung mit dem RELHIC-Modell macht Cloud S und Cloud N zu interessanten Kandidaten, bestätigt ihre Natur aber noch nicht. M51 ist ein stark wechselwirkendes Galaxiensystem, sodass gasreiche Gezeitenreste durch die gravitative Begegnung seiner Galaxien eine plausible Alternative darstellen.
Hinzu kommt, dass FAST die kleinen Wolken räumlich nicht auflösen kann. Besonders Cloud N könnte einen internen Geschwindigkeitsgradienten besitzen, der sich mit den bisherigen Daten nicht eindeutig deuten lässt. Interferometrische Radiobeobachtungen mit höherer Auflösung sollen deshalb klären, ob die Wolken kompakte, gravitativ gebundene Halos sind oder aus dem M51-System herausgelöstes Gas.