Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier – M15, un cúmul globular força antic

Ens hem de preparar ara per un viatge força llarg. Saltar del cúmul globular M14 a l’M15 ens costarà 32.000 anys-llum de camí, uns 9800 parsecs (3,0•1020 m). És un viatge entretingut. Després de solcar per l’hemisferi nord de l’halo galàctic, hem de creuar el disc galàctic. Per fer-nos una idea de com de prim és aquest disc galàctic, n’hi ha prou a dir que, en una setmana de viatge, creuar aquest disc galàctic no ens ocupa gaire més de sis hores. En tot cas, passem llavors a l’hemisferi sud de l’halo galàctic. Encara ens queda més de la meitat del viatge per arribar al nostre destí. Quan ho fem, ens trobem que hem augmentat la nostra distància al Centre Galàctic, situant-nos-hi a uns 34.000 anys-llum. La nostra alçada respecte del Pla Galàctic és de 15.000 anys-llum (o -15.000 anys-llum, si volem indicar que som ara en l’hemisferi sud). La nostra distància respecte de la Terra, amb prou feines ha augmentat en 3.300 anys-llum (ara som a 33.600 anys-llum de casa). Els que ens segueixen des de la Terra, han vist com sortíem del braç dret del Serpentari, creuavem la constel·lació de l’Àliga (i la del Dofí i la del Poltre) per tot just caure sota el morro del Pegàs. Viatges com aquest ens mostren les enormes dimensions de la galàxia.

L’observació de l’M15

El primer esment d’aquest objecte astronòmic el trobem en les Memòries de l’Acadèmia de Ciències de París de l’any 1746. Això és el que ens diu Jean-Dominique Maraldi:

El 7 de setembre [de 1746] vaig copsar entre els estels Èpsilon Pegasi i Beta Equulei, un estel nebulós prou clar, que és composat de molts estels, i del qual he determinat una ascensió recta de 319º27’06’’ i una declinació nord de 11º02’22’’.

La cosa, doncs, va de cavalls. Pegàs és un cavall alat, fill de Posidó i de la Medusa, de la qual brolla en ésser ella decapitada per Perseu. Pegàs és el cavall de Belerofont quan aquest surt en la campanya per occir la Quimera. El Poltre, Equuleus en llatí, és més aviat una constel·lació que omple el buit entre Pegàs i l’Àliga (símbol de Zeus quan rapta Ganimedes), al costat del Dofí, una constel·lació igual de petita però més pregona. En tot cas, tant el Pegàs, com el Dofí, com el Poltre i l’Àliga ja formen part del catàleg de 48 constel·lacions que apareix, llegada per la tradició babilònico-grega, en l’obra de Ptolomeu.

És notable que Maraldi hagués descrit l’objecte com un cúmul estel·lar. Quan la nit del 3 al 4 de juny del 1764, Charles Messier explora aquesta regió del cel, l’observa per primera vegada, com una “nebulosa sense estel”. Messier no és conscient que l’objecte ja apareixia en el comentari esmentat de Maraldi, produït uns 18 anys abans. Així, Messier tracta inicialment la “nebulosa” com un objecte descobert per ell mateix.

Val a dir, que les condicions d’observació de la constel·lació del Pegàs són més favorables en el mes de setembre que no pas en el mes de juny. Messier va observar l’M15 quan no feia gaire que havia sortir pel cel de llevant i, al llarg de la matinada, ben poc s’alçaria sobre l’horitzó. Aquella nit, Messier observa l’objecte amb el seu telescopi gregorià, amb un poder d’augment de 104, i encara que no hi veu estels, no descarta que, si es fes l’observació a una altitud superior, potser sí que els distingiria.

Messier descriu l’objecte com situat entre els caps del Pegàs i del Poltre. És una nebulosa rodona, amb un diàmetre aparent aproximat de 3 minuts d’arc. Com en d’altres nebuloses rodones (i. e. globulars), és en el centre on es concentra la major part de la llum. Com a estel de referència més proper, utilitza Delta Equulei, i a través d’ella determina per a l’objecte una ascensió recta de 319º40’19’’ i una declinació nord de 10º40’03’’.

Messier va incloure aquesta nebulosa en el seu mapa sobre la trajectòria del Cometa del 1764. Era el tercer cometa que descobria (els anteriors eren del 1760 i del 1763). Anotar-la en el mapa serviria als observadors ulteriors del cometa a evitar confusions, ja que una nebulosa com l’M15 es presenta al telescopi com un “cometa primerenc”, sense cua.

En la recerca bibliogràfica posterior, Messier va reconèixer la citació prèvia de Maraldi, i així la indica en el primer catàleg de nebuloses que Messier presentar a les mateixes Memòries de l’Acadèmia del 1771.

També de forma independent, Johann Elert Bode topa, el 23 de setembre del 1774, amb el mateix objecte. El considera una descoberta pròpia:

He trobat un nou estel nebulós amb el telescopi de 7 peus, al nord entre els estels Èpsilon o Enif, en el morro del Pegàs [Enif en àrab vol dir morro], i Delta i Gamma en el morro del Poltre. Es mostra com d’una forma rodona, i envoltada en una boira densa, dins de la qual no es reconeix cap estel

Bode entrà aquesta “petita nebulosa” en el seu catàleg en el número 71. A través d’un heliòmetre, calcula la seva distància angular respecte Èpsilon Pegasi (4º14’) i Delta Equulei (4º28’’). En la figura que acompanya l’entrada del catàleg, Bode també assenyala tres estels menors que no apareixen en el catàleg de Flamsteed.

Johann Gottfried Koehler també registra l’M15 en el seu catàleg, amb entrada número 15. De forma similar, als autors anteriors, la cita “entre Pegàs i el Poltre”.

En el 1783, William Herschel observa l’M15 amb un telescopi de 7 peus. Amb un augment de 278, ja observa els estels en els quals es descompon aquesta “nebulosa”. En el 1784, amb el telescopi de 20 peus, ja s’hi refereix com “un cúmul globular d’estels” i calcula el diàmetre aparent en 6 minuts d’arc.

En el 1799, William Herschel observa l’M15 amb diferents instruments. Una vegada localitzat l’objecte, Herschel, que conserva bona vista malgrat haver entrat ja en la setena dècada de la seva vida, diu que és capaç d’observar-lo a ull nu. Al capdavall, es tracta d’un objecte de sisena magnitud aparent, i no hi ha gaires estels d’aquesta magnitud en la zona del cel que ocupa. En tot cas, si l’instrument no és prou potent, per exemple un telescopi de 10 peus amb una obertura de 4 polsades, no li és possible identificar la nebulosa com un cúmul d’estels.

La determinació del diàmetre d’un cúmul globular no és tasca fàcil. La lluminositat decau des del centre, i les vores exactes no són ben definides. En el 1810, William Herschel observa l’M15 amb un telescopi gran de 10 peus. Amb un augment de 171, calcula un diàmetre aparent de 4’30’’. El problema és saber si els estels que apareixen en la perifèria de l’M15 pertanyen al cúmul o són “estels de camp”. Herschel diu que si s’inclouen els estels “que probablement hi pertanyen”, el diàmetre aparent seria de 6’45’’.

En el 1817, Herschel, que voreja la vuitantena, persevera en les observacions amb un telescopi de 10 peus. Amb una obertura de 4,56 polsades (poder de resolució de 14), l’observa tal com l’observava Messier, com un taca nebulosa gradualment més brillant en el centre; amb un poder de resolució de 16, s’amplien les vores difuses de l’objecte; amb un de 18, l’objecte ja es veu més gran i més brillant; amb un de 20 ja comença a escatir-se el seu caràcter de cúmul estel•lar; amb un de 22, els estls ja són visibles.

Aquestes observacions, i totes les que va fer en els anys anteriors, el portaven a estimar la “profunditat” de l’M15 en un ordre de 243. És a dir, que l’M15 es trobaria a una distància 243 vegades superior a la distància a la qual es trobarien els estels de primera magnitud.

Quan es va morir el seu pare, John Herschel tenia 30 anys. El primer catàleg de nebuloses l’elabora en el 1833. En aquest catàleg, l’M15 apareix en l’entrada 2120. L’observació que basa la descripció d’aquest catàleg data del 13 d’octubre del 1825:

Molt brillant, molt gran; irregularment rodó; gradualment més brillant des de la perifèria, i molt sobtadament en el centre. Un magnífic cúmul globular, que arriba a un esclat perfecte en el centre, com si fos una protuberància o un mugró; no és la condensació d’un globus homogeni, sinó que hi ha corrents radials d’estels, com si sortissin des del centre. No és rodona. Hi ha un estels de magnitud +8, a 30 segons d’arc en el mateix paral•lel.

El dia anterior, 12 d’octubre, John Herschel havia estimat que la magnitud típics dels estels de l’M15 seria de +15. El diàmetre aparent l’estimava en 4-5 minuts d’arc.

El Catàleg de Bedford, de William Henry Smyth, posa l’M15 en l’entrada 785, i l’assigna a la constel·lació del Pegàs (“entre els morros del Pegàs i del Poltre, formant el vèrtex nord d’un triangle obtús i gairebé isòsceles, la base del qual són Beta [vol dir Èpsilon] Pegasi i Delta Equulei”). Les observacions que serveixen de base a Smyth volten el setembre del 1836. Smyth destaca la forma el·lipsoïdal d’aquest cúmul “globular”.

El Catàleg General de John Herschel posa l’M15 en l’entrada 4670. En el catàleg de Michel Lefrançois de Lalande, apareix amb el codi 40815. Huggins, en el 1865, va obtindre un espectre continu d’aquest objecte. En el Nou Catàleg General de John Dreyer apareix en l’entrada 7078.

En el 1928, Francis Gladheim Pease identificà una nebulosa planetària dins de l’M15. Era la primera vegada que es descobria una nebulosa planetària en un cúmul globular.

Vegem una imatge de l’M15, presa pel telescopi espacial Hubble:

En aquesta imatge, la majoria d’objectes tenen un to blanc-groc. Però si us fixeu en la part esquerra inferior del nucli del cúmul veureu una taqueta blavosa. Es tracta de la nebulosa planetària Pease 1. Amb més detall, apareix així:

La magnitud aparent de Pease 1 és +15,5. S’explica, doncs, que, des del 1928, només s’hagin detectat dues altres nebuloses planetàries en altres cúmuls globulars. No es tracta que no hi hagin, sinó de la distància enorme que ens separa d’aquestes microgalàxies. Una nebulosa planetària és el resultat de material ejectat per part d’estels que esgoten la fase vital com a estels de fusió.

En total, en l’M15 s’han descrit 112 estels variables, 8 púlsars i un sistema format per dos estels de neutrons gravitatòriament associats (M15 C). Els observatoris orbitals de raigs X Uhuru i Chandra, han detectat dues fonts brillants de raigs X (M15 X-1 o 4U 2129+12; M15 X-2)

L’M15 en xifres

Al llarg de l’existència de l’M15, molts dels estels originaris més massius ja han degenerat. Es calcula que els estels de l’M15 tenen una edat aproximada de 13.200 milions d’anys. El cúmul globular es formaria per aquella mateixa època, la qual cosa el converteix en un dels més antics coneguts. Des de llavors, ha orbitat al voltant del Centre Galàctic, en una òrbita ben inclinada respecte del Pla Galàctic, i que el du a passar la major part del temps, bé en l’hemisferi sud de l’halo galàctic (com en els nostres dies) o en l’hemisferi nord.

En aquesta imatge de Hunter Wilson, presa el 22 de setembre del 2008, veiem l’M15, amb la seva forma un xic oblonga. L’estel que apareix en la part de dalt, en el centre però un xic a l’esquerra, és un dels estels de camp que s’interposen en la visió del cúmul globular.

Però l’M15 no és tan sols notable per l’edat. Ho és també per la grandària. Si el diàmetre aparent global és de 18 minuts d’arc, això es correspon a un diàmetre mitjà de 175 anys-llum. La magnitud absoluta de tot l’objecte és de -9,2, la qual cosa equival a una lluminositat 360.000 vegades superior a la del Sol.

Encara que el radi mitjà de l’M15 sigui de 88 anys-llum, val a dir que la major part de la massa (i dels més de 100.000 estels) es concentra en un nucli que fa uns 15 anys-llum de radi. En l’escala de concentració de Shapley-Sawyer, de l’1 (més concentrada) al 12 (més difusa), es troba en la classe 4. Aquest grau de concentració ha comportat també la formació d’una cúspide central, que es perceb en imatges com aquesta:

La densitat del nucli de l’M15 és elevadíssima. Fenòmens de segregació de masa, hi ha acumulat romanents estel•lars en un volum extraordinàriament petit, fins a ultrapassar potser la densitat pròpia del forat negre, quan la velocitat d’escapament des de la superfície ja és superior a la mateixa velocitat de la llum. En tot cas, per motius de seguretat, no ens hi aproparem pas tant, no anem a prendre mal.

L’M15 és un fòssil vivent del nostre passat galàctic. Les forces de concentració que menen a la formació de forats negres (o d’un forat negre únic) en l’interior del nucli són compensades també per l’expulsió de romanents estel·lars (estels de neutrons, etc.) arran de les interaccions amb el Pla Galàctic quan el creua cada 50 o 100 milions d’anys. Cada milió d’anys, una porció d’estels de l’M15 deixa de brillar, i col·lapsa en forma de nan blanc, d’estel de neutrons o de púlsar. Per als estels menys massius, 13.200 milions d’anys no són res, i encara brillaran per 10.000 milions o més d’anys. Eventualment, l’M15 es tornarà a dissoldre en la Via Làctia.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: