Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier – M14, un cúmul globular elongat

Continuem la nostra ruta a través dels cúmuls globulars de l’hemisferi nord de l’halo de la Via Làctia. Ara abandonem l’M13, el Gran Cúmul Globular d’Hèrcules per dirigir-nos a un altre cúmul globular no pas tan gran ni tan lluminós, l’M14. Solquem una distància de 20.300 anys-llum de distància (6220 parsecs, o 1,92•1020 m) d’espai perigalàctic. Els que ens seguiu des de la Terra, observeu com ens movem des del costat esquerre d’Hèrcules cap al costat dret del Serpentari. Hèrcules i Esculapi són dues figures veïnes, però la llenca de cel que ha creuat el nostre senyal en les vostres pantalles és considerable. Així, malgrat haver caminat 20.300 anys-llum, només ens hem allunyat uns 5.300 anys-llum de vosaltres (ara som a 30.300 anys-llum de casa). En canvi, en el mateix trajecte, ens hem apropat al Centre Galàctic en 15.600 anys-llum (ara hi som a 13.200 anys-llum). En conseqüència, també ens hem apropat al Pla Galàctic, i si abans èrem a una alçada de 16.000 anys-llum, ara ens trobem a tan sols 7.800 anys-llum. De totes formes, és encara una alçada considerable, ja que la Via Làctia, de mitjana, fa un gruix de 1.000 anys-llum.

Una nebulosa descoberta per Messier

No tenim cap descripció de l’M14 anterior a la que va fer Charles Messier la famosa nit de l’1 al 2 de juny del 1764. Messier la situa “en la roba que cobreix el braç dret del Serpentari”.

Representació de la constel•lació del Serpentari en el Atlas Coelestis de John Flamsteed, obra de referència per a Charles Messier

D’acord amb els mapes de Flamsteed, l’M14 es troba en el mateix paral·lel de l’estel Zeta Serpentis, el primer estel (el menys distal) de la cua de la Serp. Messier descriu així la nebulosa:

No és una nebulosa considerable, de llum feble, i amb tot se la veu bé amb un telescopi refractor ordinari de 3 peus i mig de longitud focal. És rodona i d’un diàmetre aproximat de 2 minuts d’arc.

Messier diu que és una “nebulosa sense estel”, però admet la possibilitat que amb un instrument més potent, en pugui percebre una. En tot cas, assenyala que en la proximitat de la nebulosa hi ha un estel de +9 de magnitud aparent.

A quarts d’una de la matinada del 2 de juny, el Serpentari feia el seu pas pel meridià. Emprant com a estel de referència Gamma Ophiuchi (l’estel del muscle dret d’Esculapi), Messier estimà les coordenades de la nova nebulosa: 261º18’29’’ d’ascensió recta i una declinació austral de 3º5’45’’.

Charles Messier, en aquella època, ja havia descobert tres cometes (els anys 1760, 1763 i 1764). Encara en descobriria un altre el 1766. El 1769, en va descobrir el cinquè de la llista, i en la carta on va descriure la trajectòria, que passava a través de la constel·lació del Serpentari, anota la presència de l’M14 i d’altres nebuloses per evitar confusions.

Messier va repetir l’observació de l’M14 el 22 de març del 1781. Encara que no va modificar el seu criteri de “nebulosa sense estel”, sí que va reestimar el diàmetre de l’objecte fins a 7 minuts d’arc. L’estimació del diàmetre aparent d’aquesta mena d’objectes es complicada, ja que l’atenuació de la llum és progressiva, sense que hi hagi una vora definida (justament per això és una nebulosa.

Johann Elert Bode també inclou l’M14 en el catàleg de nebuloses. La situa en l’entrada 37, i també la defineix com a “nebulosa”.

Caroline Herschel va observar l’M14 el 21 i el 23 de juny del 1783. Un mes més tard, el 30 de juliol del 1783, ho feia el seu germà, William, amb un reflector petit newtonià de 20 peus. Amb aquest instrument, l’observa amb poders d’augment successivament creixents:
– amb un poder de 200, ja podia concloure que la nebulosa era en realitat un cúmul d’estels.
– amb un poder de 300, els estels es fan més visibles.
– amb un poder de 600, es preserva l’aparença d’estels, però li continua siguent difícil distingir-los.

William Herschel, amb aquesta observació, creu fermament que l’M14 és un cúmul d’estels. També és conscient, però, que, en tot cas, seria un dels cúmul estel·lar més difícils de resoldre amb els quals s’havia trobat. Va optar per recomanar a altres observadors que comparessin l’M14 amb altres cúmuls estel·lars, per tal de veure si ells també arribaven a la conclusió que l’M14 era realment un cúmul estel·lar.

El 25 de maig del 1791, William Herschel fa una observació de l’M14 dotat amb un telescopi de construcció pròpia, un reflector de 20 peus, amb un poder de penetració de 75,08. Repeteix l’operació d’elevar progressivament el poder d’augment:
– amb un poder d’augment de 157, l’M14 ja apareix com un objecte “extremadament brillant, rodó”, i li resulta fàcil resoldre’l en estels.
– amb un poder de 300, ja té la capacitat de veure els estels individualitzats.

Herschel, aquella nit, fa una comparació entre l’M14 i l’M10. Arriba a la conclusió que els dos objectes han de ser força similars, però que únicament l’M14 és més feble i més difícil de resoldre pel fet que trobar-se a una distància dues vegades més gran. Herschel tenia raó. L’M14 es troba a una distància de la Terra que duplica la de l’M10.

Les observacions que Herschel fa entre els anys 1783 i el 1799 de l’M14 sempre van topar amb un problema relatiu, el de la presència d’estels que s’hi interposen. Fet i fet, les constel·lacions que volten el Sagitari tenen una densitat estel·lar considerable quan se les mira pel telescopi. O, com deia Herschel, “the heavens are pretty rich in stars”. Aquests estels que s’hi interposen (dels quals Messier ja n’havia esmentat un), tenen una magnitud aparent molt superior a la dels estels de l’M14, de forma que pot ésser fàcil de distingir uns dels altres. Herschel, a més diu, “el cúmul es troba considerablement darrera dels estels escampats, ja que alguns s’hi projecten al damunt”. Herschel estimava la profunditat (distància) de l’M14 en un ordre de 900, la qual cosa convertia en un dels cúmuls globulars més distants dels que havia explorat.

El fill de William Herschel, John va elaborar en el 1833 un primer catàleg de nebuloses. En aquest catàleg, l’M14 apareix en l’entrada 1983. John Herschel descriu la seva pròpia observació de l’objecte el 21 de maig del 1825: “és un cúmul globular molt gran, de 8 o 10 minuts d’arc de diàmetre, amb estels tan excessivament menuts que amb prou feines són discernibles”.

El catàleg de Bedford, de William Henry Smyth, situa l’M14 en l’entrada 621. Smyth va observar aquest objecte pels volts del juliol del 1835. Diu: “Aquest bell objecte és un color blanc lúcid, i d’aspecte molt nebulós, la qual cosa pot deure’s parcialment a trobar-se situat en un camp esplèndid d’estels, el llustre del qual hi interfereix”. Per tal d’eliminar la interferència dels estels escampats, pot emprar-se una potència d’augment major, que restringeixi el camp d’observació. Però, com indica Smyth, en fer això, “el cúmul perd definició”.

Smyth també ofereix les distàncies de l’M14 respecte dels estels més propers. Respecte Gamma Ophiuchi, se situa a 6º30’ en direcció SW. Respecte Rasalague (Alpha Ophiuchi), se situa a 16º en direcció S. A grans trets, l’M14 se situa gairebé a mig camí entre Beta Scorpii i la cua de l’Àliga.

John Herschel tornà a fer una nova observació de l’M14 el 15 de juliol del 1835 (entrada 3698 del catàleg). Remarca que tots els estels tenen una magnitud aparent uniforme, de +15 o +16. Pel que fa al diàmetre aparent, el fa davallar a 15 segons d’ascensió recta (és a dir 3,75 minuts d’arc). Aquesta observació serà la que inclourà en el Catàleg General, dins de l’entrada 4315.

Els Huggins van estudiar espectrofotomètricament l’M14, indicant-ne un espectre continu. Paral•lelament, també augmentava la precisió dels telescopis, gràcies a aportacions com la de Giovanni Battista Amici (1786-1863). Amb telescopis dissenyats per Amici, Wilhelm Tempel (1821-1889), en els anys 1870, va fer des de l’Observatori toscà d’Arcetri excel•lents dibuixos de nebuloses, entre elles l’M14. Aquests dibuixos foren inclosos en el Nou Catàleg General de John Dreyer, en el qual l’M14 apareix en l’entrada 6402. En el catàleg fotogràfic de Heber Doust Curtis, el diàmetre aparent de l’M14 s’estima en 6 minuts d’arc. En les estimacions actuals, hom parla d’11 minuts d’arc, per tal d’incloure els estels associats de la perifèria d’aquest cúmul globular.

La nova del 1938

En un univers, on la llum es difon a una velocitat finita, temps i espai s’entrelliguen. Ara som a l’M14, i no sabem ben bé si som a l’M14 tal com és ara, o tal com era fa 30.300 anys. Com ja hem dit, el nostre és un viatge taquiònic, en el qual és possible creuar 20.000 anys-llum en una setmana (és a dir, anar 1 milió de vegades més ràpid que la velocitat de la llum). En aquest sentit, nosaltres visitarem l’M14 tal com el veureu (és una manera de dir) d’aquí a 30.000 anys. Òbviament, això ens força a enviar-vos missatges igualment taquiònics. En tot cas, a efectes pràctics, 30.000 anys no és gaire temps en l’evolució d’un cúmul globular de més de 10.000 milions d’anys d’antiguitat. És una milionèssima en la història de la formació i dissolució dels cúmuls globulars. I, tanmateix, en 30.000 anys, hi ha canvis en els estels individuals.

En el 1964, un equip d’astrònoms estudiava fotografies antigues i modernes de l’M14 per comparar-ne l’evolució de lluminositat i de posició dels estels de l’M14. En fotografies del 1938 van detectar un estel que havia passat desapercebut llavors, però que havia assolit una magnitud de +9, cinc vegades més brillant que l’estel més brillant normal de l’M14. La nova del 1938, doncs, no fou detectada fins el 1964. Però la nova del 1938, en realitat, havia assolit aquell màxim en algun moment del Paleolític Superior.

L’M14 en xifres

Hem dit que l’M14 se situa a 30.300 anys-llum de distància de la Terra. Però això és una estimació. Potser és una estimació amb menys marge d’error i menys equívoca que l’ordre 900 de profunditat que esmentava William Herschel fa 200 anys. Però una estimació al capdavall. Aquesta estimació es basa en la lluminositat aparent que mostren estels variables de tipologia definida. Com que aquests estels variables tenen unes característiques físiques definides, la magnitud aparent és sempre una funció de la distància. En total, en l’M14, s’han identificat un total de 70 estels variables, quantitat suficient com per estimar la distància de forma prou ferma. En els anys 1920, els estels variables de tipus cefeid foren cabdals en estimar distància intra- i intergalàctiques. En les dècades posteriors, el tipus cefeid s’ha dividit en diferents subtipus, de forma que s’ha precisat més el seu ús com a candeles de referència. En els cúmuls globulars, els estels cefeids més comuns són els de tipus II i, concretament, el de la subclasse W Virginis.

Astrofotografia de Hunter Wilson sobre l’M14. No tots els estels del camp pertanyen al cúmul, i no es fàcil identificar quins hi pertanyen i quins no.

L’estimació de la distància és vital per saber quines són les dimensions de l’M14. Si la distància és realment de 30.300 anys-llum, llavors una magnitud aparent de +8,32 es tradueix a una magnitud absoluta de -9,12. Això vol dir, que l’M14 és 400.000 vegades més lluminós en termes absoluts que el Sol. Igualment, un diàmetre aparent d’11 minuts d’arc es tradueix, a una distància de 30.300 anys-llum, a un diàmetre absolut de 100 anys-llum.

Altres característiques de l’M14 són independents de l’estimació de la distància. Per exemple, l’M14 té una forma elongada, amb un diàmetre equatorial superior al diàmetre polar. Aquest és un efecte de la rotació que segueix el cúmul globular.

Fotografia de l’M14 a través del telescopi 2MASS. S’observa el caràcter elongat del globus d’estels que és l’M14

També és independent de la distància, el grau de concentració de l’M14. Segons l’escala que va de l’1 al 12 de Shapley-Sawyer, l’M14 quedaria en la classe 8, és a dir un xic més aprop del model de cúmul globular no massa concentrat.

Amb centenars de milers d’estels acumulats en un espai tan petit, l’M14 és un bocí de la galàxia primitiva. Els seus estels pertanyen a les primeres generacions, i per això el contingut en materials més pesants que el liti és força inferior al dels estels de generacions més noves com el nostre Sol. Alhora, l’M14 també és una microgalàxia, que orbita al voltant del Centre Galàctic, endinsant-se cada centenar de milions d’anys en el Pla Galàctic.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: