Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier – M1, la Nebulosa del Cranc

En aquesta sèrie començarem a fer un viatge. O diversos viatges. D’una banda, resseguirem el catàleg enguany fa 340 anys per Charles Messier d’objectes astronòmics nebulosos. Charles Messier, com d’altres astrònoms de l’època, era especialment dedicat a la descoberta de nous cometes. Hi havia una pruïja per fer noves observacions, i per calcular les òrbites d’aquests cometes prèviament desconeguts o mal identificats. Naturalment, aquestes observacions s’havien de fer al telescopi i, si hom volia ser el primer, calia dedicar-hi hores, emprar els millors instruments i no deixar-se entabanar pels “pseudo-cometes”. Aquests “pseudo-cometes” són objectes nebulosos, amb aparença cometària, però que, a diferència dels cometes, tenen una posició fixa en l’esfera celeste. La natura d’aquests objectes ja era debatuda pels astrònoms de l’època de Messier. Són “estels difusos”? Agregats d’estels anàlegs a les Plèiades o a les Híades? O, com afirmaven els més agosarats, autèntics universos-illes, situats molt i molt lluny del cinyell de la Via Làctia? Per a Messier, ço que importava era identificar-los, situar-los en el mapa del cel, i elaborar així un instrument útil per als “caçadors de cometes”. Si un “caçador de cometes” observava un objecte nebulós que no hagués catalogat per Messier (o pels seus antecessors, com Giovanni Hodierna), ja podia anar a l’aguait i començar la cadena d’observació que el farien el “descobridor” d’un nou cometa. La llista elaborada per Charles Messier i Pierre Méchain cobria en la primera edició uns 45 objectes, i l’edició final uns 103 objectes (“Connaissance des Temps for 1784”, publicat el 1781). Posteriorment, ja en el segle XX, la llista del catàleg de Messier ha estat ampliada fins als 110 objectes. També, és clar, han sorgit catàlegs més amples, elaborats amb telescopis més potents, i que també cobreixen les constel·lacions australs que eren geogràficament invisibles per a Messier i Méchain, que treballaren fonamentalment des de l’Hotel de Cluny, a París. Fem, doncs, també un viatge en el temps. Amb el cel pol·lucionat del París d’avui, molts dels objectes de Messier ens serien invisibles amb els instruments de l’època. I un viatge per l’espai-temps, en definitiva, car els objectes de Messier es corresponen a totes i cadascuna de les categories imaginades pels astrònoms de l’època. I unes són restes d’antics estels, unes altres són agregats de desenes, centenars o milers d’estels, i uns altres són galàxies o cúmuls galàctics. El primer viatge que farem serà els que conduirà des de l’Hotel de Cluny (avui, Museu Nacional de l’Edat Mitjana) fins al primer objecte del catàleg de Messier, l’M1, situat, ara ho sabem, a uns 6,0•10¹⁹ m, és a dir a uns 6.300 anys-llum o, si voleu, 1900 parsecs.

Charles Messier i l’M1

Som a l’any 1758. És l’any en el qual Edmond Halley havia predit el retorn del Cometa del 1682. Segons Halley, aquest cometa (gran cometa, per bé que no dels més grans i espectaculars) havia estat el mateix que el dels anys 1607 i 1531. Des d’un punt de mira científic, els càlculs de Halley havien estat força acceptats. Quedava la qüestió de si tots els cometes eren o no periòdics, però la identificació d’aquest cometa d’uns 76 anys de període era considerada força sòlida. Això no obstant, hi havia la pugna per veure qui seria el primer a observar el “cometa de Halley”. Els mortals sense telescopi s’haurien d’esperar a l’hivern del 1758/1759. Però, qui gaudís d’un telescopi i sapigués aprofitar (i elaborar) els càlculs de Halley, tindria la glòria de ser el primer a veure el “retorn” d’un cometa periòdic.

El 28 d’agost del 1758, Charles Messier feia el seguiment d’un cometa que no era el cometa Halley a la constel·lació del Bou. La nit del 28 d’agost, però, observa un altre objecte, situat en la “banya meridional de la constel·lació del Bou (Taurus)”, que també semblava certament un cometa. En tot cas, seria un cometa sense cua. La manca de moviment aparent respecte dels estels de la constel·lació del Bou va fer que el 10 de setembre, ja li anotés una posició fixa en el cel (5h20m02s d’ascensió recta i +21º45’27’’ de declinació). Era, doncs, davant d’un estel nebulós fix, de llum blanca i d’aspecte elongat. En els catàlegs, l’objecte no apareixia: l’objecte més proper era Zeta Tauri (5h37m38s; +21º08’33’’), un estel de tercera magnitud. La nit de l’11 al 12 de setembre, la lluminositat aparent del cometa havia davallat, mentre que la de la nebulosa continuava en el mateix nivell (una magnitud aparent de 9).

Messier no hi donà gaire més rellevància a la troballa, i continuà a la percaça del “cometa Halley”. No reeixí, ja que la primera observació no es va fer fins la nit del 25 de desembre del 1758, per part de Johann Georg Palitzsch.

Messier va encapçalar el seu catàleg del 1771 amb aquesta nebulosa, que va rebre doncs la denominació de Messier 1 o M1. L’obra de Messier fou llegida per l’astrònom John Bevis, que llavors tenia uns 77 anys. En llegir la descripció de la nebulosa s’adonà que ell mateix ja l’havia descrita uns quaranta anys abans i, efectivament, apareix en el mapa de la constel·lació del Bou de la “Uranographia Britannica” (editada a Londres el 1750). El 10 de juny del 1771 va escriure una lletra sobre aquest particular a Messier, el qual va reconèixer la prioritat de Bevis en edicions posteriors del seu catàleg. Bevis es moriria pocs mesos després, el 6 de novembre.

Les observacions de Messier del 1758 ja havien anotat que la nebulosa M1 no contenia cap estel. Això ho ratificà Johann Elert Bode el 8 de novembre del 1774, quan va fer una observació de la nebulosa amb un telescopi de 2,1 metres d’obertura òptica. En el catàleg de Bode de “estels nebulosos i de cúmuls estel·lars”, la M1 apareix sota la denominació de Bode 11, o també com a Taurus 292.

William Herschell, ja en el 1784, provà d’observar la M1 amb un telescopi més potent, per tant de poder resoldre l’estel (o estels) que la integraven. Trenta anys, però, Herschell continuava a classificar l’M1 en la categoria d’objectes ambigus, que no es podien classificar ni en la categoria de nebuloses ni en la d’estels (o cúmuls estel·lars). En el 1833, el seu fill, John Herschell, podia donar una mica més de detalls, aclarint la forma ellongada ja entrellucada per Messier. John Herschell va creure que l’M1 era un cúmul d’estels situat a una distància de 980 ordres (equivalent a un 10 kpc, o 36.000 anys-llum).

En el catàleg general de John Herschell, l’M1 apareix amb el codi GC 1157. És en el 1877, quan Dreyer la bateja amb un nom que farà fortuna, “la Nebulosa del Cranc”. El nom del Cranc era inspirat en el dibuix que n’havia fet Lord Rosse en el 1844 i en el 1861.

Lord Rosse potser va fer un gra massa amb aquestes imatges. Rosse afirmà que havia pogut resoldre els estels individuals que integraven l’M1, i que n’havia pogut la veure la forma general de cranc. Les primeres fotografies astronòmiques, obtingudes per Roberts en 1892, discrepaven dels dibuixos de Rosse.

Isaac Roberts retrava així, el 25 de gener del 1895, després d’una exposició de 60 minuts, l’M1. Amb aquestes imatges, es podia determinar la forma oval, gairebé quadrangular, de la nebulosa amb 5’30’’ de longitud i 3’30’’ d’amplada.

Continuà oberta la constitució exacta de l’M1. Curtis va identificar 2 estels de magnitud 16 prop del centre aparent de l’M1, però dubtà que cap dels 2 estels no fos l’estel central. Curtis era conscient que no es tractava d’una “nebulosa planetària” (és a dir una nebulosa sense estels) típica, però tampoc no podia demostrar que fos el cúmul estel·lar propugnat per John Herschell.

L’M1 apareix en el Nou Catàleg General amb el codi NGC 1952. En el catàleg de Sharpless de “nebuloses d’emissió” apareix amb el número 244. En altres catàlegs apareix com a Taurus A.

La natura de la Nebulosa del Cranc: romanent de la supernova del 1054

Amb la millora continuada dels instruments d’observació i un major coneixement astrofísic general i, en particular, de l’evolució dels estels, al llarg del segle XX s’ha elucidat quin tipus d’objecte és aquesta Nebulosa del Cranc o M1. Es tracta d’un romanent de supernova, d’una nebulosa “planetària” formada al voltant d’un pulsar (“una nebulosa de vent de pulsar”). Concretament, la Nebulosa del Cranc és el romanent de la Supernova del 1054 (SN 1054), tal com defensà ja des del 1942 l’astrònom Jan Oort.

De fet, se suposa que la SN 1054 és la primera “supernova” registrada en els arxius astronòmics. La trobem en documents xinesos, japonesos i àrabs. Hom ha rastrejat també el seu impacte en altres cultures. En els documents xinesos apareix sota la denominació d’estel convidat, i se la data el l’any primer de l’era Zhihe, és a dir el primer any del regnat de l’emperador Renzong (de la dinastia Song), que es correspon a l’any 1054 de l’era comuna. Concretament, en el Wenxian Tongkao, llegim que l’estel convidat fou observat per primera vegada en dia ji-chou del cinquè mes lunar del primer any de l’era Zhihe, i que va aparèixer en el sud-est de la constel·lació de Tianguan. L’estel convidat va començar a declinar i va deixar d’observar-se a ull nu, uns 12 mesos més tard. El nom de Tianguan es correspon a l’estel Zeta Tauri. En altres cròniques, s’assenyala que l’estel convidat fou especialment visible durant 23 dies, durant els quals fou d’una magnitud comparable a Venus i, per tant, se’l podia veure fins i tot durant part del dia. Les cròniques japoneses esmenten que durant un temps fou tan brillant com Júpiter. Quant a les cròniques àrabs, s’assenyala que l’any 446 de l’Hèjira es va veure un “estel espectacular” en el signe dels Bessons (per la precissió dels equinoccis, el signe dels Bessons es corresponia, llavors i ara, a la constel·lació del Bou. Es calcula que la magnitud aparent màxima podria haver estat entre -7 i -4,5, superant de fet la lluïsor màxima de Venus.

La data en qüestió es correspon, en el calendari julià, al 4 de juliol del 1054. Malgrat l’espectacularitat de l’estel per als coneixedors del cel, resulta natural que passés més desapercebuda en el món romànic. En la nostra cultura, a diferència de l’àrab i de la xinesa, no denominem els estels concrets sinó les constel·lacions. L’aparició d’un estel nou, encara que sigui de la magnitud de Venus o de Júpiter, pot passar relativament per alt. No obstant això, s’han fet esforços per trobar descripcions de la supernova en la documentació dels països romànics.

La Nebulosa del Cranc, “avui”

La Nebulosa del Cranc es troba situada, segons els càlculs actuals, a 6.500 anys-llum (de fet, el marge d’error se situaria entre 1,5 i 3,5 kiloparsecs). Així doncs, allò que hem observat des de la Terra es correspon a uns 6.500 anys d’antiguitat. L’explosió de la supernova, observada el 1054, es correspon a l’any 5500 a.C. I ara l’observem tal com era pels volts dels 4500 a.C.

A efectes pràctics, “avui” es fa 6.500 anys, però ja ens entenem. La Nebulosa del Cranc es troba situada en un Braç de la Via Làctia diferent del nostre (el Sol se situa en el Braç d’Orió, i la Nebulosa del Cranc ho fa en el Braç de Perseu). La SN 1054 és “avui” un estel de neutrons, un púlsar, amb un diàmetre ben modest, d’uns 30 km. El període rotació és infernal, de 30,2 cicles per segon. El flux d’emissió en la banda de la radiació electromagnètica més energètica (de més de 30 keV, en la banda dels raigs X i dels raigs gamma) la converteix en un dels objectes més potents per la “gammaastronomia”, amb un flux de l’ordre de 10¹² eV.

”Avui”, el diàmetre de la Nebulosa del Cranc és de 3,4 parsecs (11 anys-llum o, 1,0•10¹⁷ m). I es troba en franca expansió, amb una taxa de 1,5•10⁶ m•s^-1. Consisteix en una massa de filaments derivats de l’atmosfera de l’estel originari. La major part de la massa consisteix en heli i hidrogen ionitzats, i amb una càrrega notable de “metalls” (carboni, oxigen, nitrogen, ferro, neó, sofre). La densitat de la nebulosa s’esima en 1,3•10⁹ partícules per metre cúbic. La temperatura dels filaments oscil·la és de 1,5•10⁴ K. L’expansió de la nebulosa no es deu únicament a l’explosió de la supernova sinó també a la transferència per part del pulsar posterior.

Com era l’estel originari de la Nebulosa del Cranc? Se suposa que la massa originària de l’estel era de 1,8•10³¹ kg (9-11 vegades superior la massa del Sol). Un estel d’aquestes característiques té una evolució ràpida, que es compta en desenes de milions d’anys. L’evolució de la “fase de fusió” d’un estel d’aquestes característiques condueix a supernova. Resta, després, una “fase degenerada” de l’estel. La massa completa de la Nebulosa del Cranc s’estima en 9•10³⁰ kg, la qual cosa deixa oberta la qüestió de la pèrdua de la meitat de la massa originària dde l’estel, que s’hauria esvaït a través de les primeres fases de l’explosió de la supernova.

La posició relativa de la Nebulosa del Cranc en el nostre cel fa que sigui possible estudiar-la en moments que és ocultada pel Sol o la Lluna. La corona solar passa per damunt de la Nebulosa del Cranc cada mes de juny. Aquestes ocultacions no tan sols serveixen per conèixer la Nebulosa del Cranc i el fenomen de les supernoves. En el 2003, fou Saturn qui passà per damunt de la Nebulosa del Cranc, i fou així com es van poder observacions precises de l’atmosfera de Tità, el satèl·lit principal de Saturn.

La Nebulosa del Cranc també segellà la sort de Messier. Potser el va distreure de la comesa de preparar-se més intensament per a l’observació del cometa Halley, però també el va orientar per estudiar els objectes nebulosos fixos del cel. I és així com ara el recordem.