Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M22, el Cúmul Globular del Sagitari

Si diem que després de passar per l’M21, un cúmul estel·lar obert, hem de passar a un cúmul globular, l’M22, us imaginareu un nou viatge llarg des del disc galàctic a l’halo exterior. També us imaginareu que passarem d’un cúmul estel·lar recent i encara força dinàmic a un cúmul estel·lar brontosàuric en termes de dimensions i d’antiguitat. També pensareu que passem d’un objecte inserit en un dels braços de la nostra galàxia espiral a una microgalàxia aïllada de la perifèria. Però l’M22 és un cúmul globular una mica especial. En primer lloc, el nostre viatge serà de milers d’anys-llum i no de desenes de milers, concretament de 6.400 anys-llum (2 kiloparsecs, 6,1•1019 m). Ens apropem al Centre Galàctic en uns 6.000 anys-llum, fins a situar-nos a una distància de 16.800 anys-llum. No ens hem allunyat gaire del pla galàctic, situant-nos a una alçada de 2.200 anys-llum en direcció sud. Però no es pot dir que siguem absolutament fora del disc galàctic, sinó que més aviat som a tocar del bulb galàctic, la regió més densa (en matèria i en estels) que envolta el centre galàctic. El Bulb Galàctic de la nostra galàxia té forma d’el·lipse o fins i tot de barra, i té un gruix força superior als 1.000 anys-llum que assoleix el disc galàctic en la nostra regió. De totes formes, l’M22 és més a prop del nostre Sistema Solar que no del Centre Galàctic, ja que es troba a 10.600 anys-llum (així, en el nostre viatge de l’M21 a l’M22 ens hem allunyat uns 6.350 anys-llum de casa). Des del punt de mira dels nostres lectors de la Terra, el nostre ha estat un viatge bàsicament radial, ja que tangencialment continuem en la constel·lació del Sagitari.

Les observacions de l’M22

Johann Abraham Ihle va nàixer a Leipzig el 14 de juny del 1627. Empleat postal a Leipzig, una de les seves aficions més constants fou l’astronomia. Armat d’un telescopi, va fer observacions dels diferents planetes. No havia passat més una generació i mitja de les primeres observacions telescòpiques, que havien descobert les fases de Venus, els satèl·lits de Júpiter o els anells de Saturn. En el 1665, en els mesos de primavera i d’estiu, Saturn es trobava en la constel·lació del Sagitari, culminant poc abans de la mitjanit. Ihle en va fer diverses observacions. Feia 10 anys, que Christian Huygens havia descrit el sistema d’anells i, a més, hi havia identificat un satèl·lit. Poca cosa més podia afegir Ihle més enllà del plaer de fer un seguiment de l’evolució dels anells i de la posició del satèl·lit nit rere nit. Veure, però, amb els ulls allò que apareixia en els llibres més recents d’astronomia sempre és gratificant. A més, com que Saturn s’apropava a la seva posició més propera al Sol, les condicions d’observació eren particularment favorables.

Una de les vegades que enfocava el seu telescopi en direcció a Saturn, topà amb un objecte nebulós de forma rodona, en la mateixa regió del Sagitari on es trobava llavors el planeta Saturn. Un cometa? Bé podia ésser. En les nits següents, però, Ihle va comprovar que l’objecte no es movia de la seva posició respecte dels estels del Sagitari, mentre que Saturn, encara que lentament, sí ho feia. Ihle comunicà per correspondència postal les seves observacions a d’altres astrònoms, i així quedà reconeguda la prioritat de la descoberta a Ihle. No es tractava del primer estel fix nebulós que es descrivia. No obstant això, sí és la primera descripció en els anals de l’astronomia d’un cúmul estel·lar globular. La magnitud aparent de l’M22 és de +5,1, en el llindar de la visibilitat, però a ull nu hom no pot catir el seu caràcter nebulós, i passa per un estel feble i prou. Si les posicions relatives del nostre Sistema Solar i dels cúmuls globulars més propers fossin unes altres, n’hi hauria cúmuls globular més a prop, i aquests ja serien visibles i identificables a ull nu. Però no és el cas. A més de la distància, el propi pols interestel·lar del disc galàctic fa davallar la magnitud aparent d’objectes com l’M22. Ihle té el mèrit d’haver reparat en un objecte que no era l’objectiu de les seves observacions, i d’haver-se preocupat per explicar-lo. Anys més tard, Ihle, mantindria correspondència amb Gottfried Kirch i amb altres astrònoms sobre altres observacions, però l’única que l’immortalitzà fou la de l’M22.

És clar que l’M22 encara no es deia M22. L’objecte no havia estat catalogat encara. De fet cal esperar a Edmond Halley per això. En el 1716, en la pàgina 390 del volum 29 del Philosophical Transactions, trobem el catàleg d’estels nebulosos d’Edmond Halley. El nostre objecte apareix en el n. 3:

El tercer és proper a l’eclíptica, entre el cap i l’arc del Sagitari, no pas lluny del punt del solstici d’hivern. És petit però molt lluminós.

Halley esmenta Ihle com a possible descobridor. També compara la llum emesa per aquest objecte amb el de la Nebulosa de l’Andromeda. Dóna com a coordenades 4º30’ (respecte del punt de Capricorn o punt hivernal de l’eclíptica) i 30’ de latitud sud (respecte de l’eclíptica).

De Chéseaux també inclou aquest objecte en el seu catàleg de 21 nebuloses (1746). Ho fa en l’entrada 17. Hi dóna com a coordenades 275º14’10’’ d’ascensió recta (respecte del Punt d’Àries o punt vernal de l’eclíptica) i una declinació austral de 24º05’30’’ (respecte de l’equador). De Chéseaux discrepa de Halley quant a la descripció de la llum d’aquest objecte. De Chéseaux tipifica les nebuloses en tres coloracions: la blanca o transparent (hi posa com a exemple la Nebulosa d’Orió), la groguenca (hi posa com a exemple la Nebulosa de l’Andromeda) i la rogenca. Precisament, l’M22 seria de color rogenc. De Chéseaux estima el diàmetre aparent de l’objecte, rodó, en 5 minuts d’arc.

El vespre del 29 d’agost del 1747, Guillaume Le Gentil va fer una observació de l’objecte, amb un telescopi de 18 peus de longitud. En aquella nit, Júpiter ocupava al Sagitari més o menys la posició que ocupava Saturn la nit que Ihle descobrí l’M22. Le Gentil diu que “em sembla força irregular en la figura, comatosa, i resplenent en una espècie de raigs de llum al voltant de tot el diàmetre”. D’aquesta observació Le Gentil en va fer un gravat que va incloure en l’article publicat a les Memòries de l’Acadèmia de Ciències del 1759, en les quals també va referència al catàleg de De Chésaux. En el gravat, la nebulosa s’acompanya de tres estels, però el mateix Le Gentil diu que en el 1749 dels tres estels, ja tan sols se’n veia un.

En la Uranographia Britannica, publicada per John Bevis, consta l’objecte.

En el 1763 aparegueren pòstumament, editades per Jean Dominique Maraldi, els catàlegs compilats per Nicolas Louis de Lacaille. En l’entrada I. 12. trobem una referència a un objecte nebulós, que Lacaille hauria observat la matinada del 6 d’abril del 1752, des del Cap de Bona Esperança, a l’Àfrica austral. Per les coordenades que dóna (18h21m19s; -24º05m00s) i per la descripció (diu que s’assemblea a l’objecte de l’entrada I. 11, identificat probablement amb el cúmul globular M69), es tractaria de l’M22.

Charles Messier observà aquesta nebulosa el 5 de juny del 1764. Messier la veu descrita en la Uranographia Britannica i en l’article de Le Gentil del 1759 i, a través d’ell, atribueix la descoberta a Abraham Ihle. D’acord amb el catàleg de Flamsteed, l’estel rellevant més proper a l’objecte és 25 Sagittarii, un estel de magnitud +7. Messier diu que la nebulosa és rodona, que no conté cap estel i que ja se la pot veure amb molta claredat amb un telescopi ordinari de 3,5 peus de longitud focal.

Per determinar la posició de l’objecte, empra com a estel de referència Lambda Sagittarii, l’estel identificat amb l’extrem nord de l’arc del Sagitari (Kaus Borealis), d’una magnitud aparent de +2,82. Així ofereix unes coordenades de 275º28’39’’ d’ascensió recta i 24º06’11’’ de declinació. El diàmetre aparent de l’objecte l’estima en 6 minuts d’arc.

En el catàleg de Messier, del 1771, l’objecte apareix en l’entrada 22, i d’ara en endavant ja li podem dir M22 sense caure en anacronisme. El 22 de març del 1781, hi va fer una nova observació, que el ratificà en la descripció de “nebulosa sense estels”. De totes formes, Messier en aquest sentit era prou prudent com per no descartar que un telescopi més potent no hi descobrís estels a dins.

Johann Elert Bode inclou l’objecte en el seu catàleg en l’entrada 57. Diu que és una “nebulosa força vívida”, de la qual cosa es dedueix que també la considerava una “nebulosa sense estels”.

En el catàleg de Johann Gottfried Koehler, l’M22 ocupa el primer lloc. Com a posició indica que es troba “en l’arc del Sagitari”, a una longitud de 9L5º10’ i una latitud eclíptica aproximada de 1ºS.

William Herschel observa l’M22 cap a la mitjanit del 4 de juliol del 1783 amb un telescopi newtonià de 20 peus. La localitza d’acord amb la combinació dels catàlegs de Flamsteed i de Messier, trobant-la entre els estels 25 i 26 del Sagitari. Amb un poder de magnificació de 200. Amb un poder de magnificació de 200 ja és capaç de resoldre la nebulosa completament en estels, és a dir d’identificar-la com un cúmul estel·lar. Estima que el cúmul és integrat per centenars d’estels (molts petits i propers). Amb un poder de 350, els estels ja es veuen clars. De totes formes, fins i tot en la culminació, el Sagitari en el cel londinenc del solstici d’estiu no aixeca gaire de l’horitzó, i Herschel és conscient de les seves limitacions. De fet, amb el telescopi de 7 peus no el pot veure a una magnificació de 460, i amb una de 227 el veu de forma molt imperfecta.

El 12 de juliol del 1784, en unes condicions semblants, torna a observar l’M22, amb el mateix telescopi, però amb un poder de 157. D’aquest nit és la descripció següent: “Un cúmul bellísim i extens d’estels, de diverses magnituds, molt comprimit en el mig, i amb uns 8 minuts d’arc de diàmetre, deixant-hi de banda els estels escampats, que arriben a omplir tot el camp”. També ens diu que els estels grans del cúmul són vermells i els petits d’un vermell pàlid. S’explica així el color rogenc que havia observat De Chéseaux.

Herschel va emprar l’M22 com altres cúmuls globular per reflexionar sobre els conceptes de potència d’amplificació i de potència de resolució (o penetració) dels seus telescopis. Així, per exemple, en el 1801, assenyala que un telescopi de 10 peus ja pot resoldre en estels l’M22 amb un poder de 600. En el 1810, fa una nova observació amb un telescopi de 10 peus. Torna estimar el diàmetre aparent de l’objecte en 8 minuts d’arc, i el centre més dens en uns 4 minuts d’arc. Gràcies a aquesta observació, calcula que l’M22 té una profunditat de 344 (és a dir, que se situa a una distància 344 vegades superior a la típica d’estels de primera magnitud). Dins del mapa de la Via Làctia que elabora William Herschel, l’M22 es trobaria a prop de la branca posterior (E) de la galàxia.

El primer catàleg de John Herschel d’objectes nebulosos apareix en el 1833. En aquest catàleg l’M22 apareix en l’entrada 2015, en base a dues observacions fetes l’1 de juliol del 1826 i el 28 de juliol del 1830. De la primera observació, diu que es tracta “d’un magnífic cúmul globular, gradualment més brillant cap al centre, però sense fondre’s en un nucli”. Les magnituds aparents dels estels variarien entre +12 i +20. Els estels de magnituds inferiors tendirien a concentrar-se en la massa central, mentre que els magnituds superiors tindrien una distribució uniforme. En l’observació del 1830, Herschel ofereix un rang de magnituds aparents entre +11 i +15. Destaca el fet que, malgrat ésser un cúmul globular, no té una perfecte simetria, de forma que hi ha més compressió en el sector NE que no pas en el centre.

William Henry Smyth, en el catàleg de Bedford, situa l’M22 en l’entrada 654, a partir d’observacions fetes pel voltant del juliol del 1835. Aquesta és la descripció que en fa:

Un bell cúmul globular, en la vora del corrent astral de la Via Làctia, en l’espai entre el cap i l’arc del Sagitari, no lluny del punt del solstici d’hivern, i a mig camí entre Mu i Sigma Sagittarii. Consisteix en partícules molt menudes i denses de llum, amb un grup de petits estels que el precedeix en 3 minuts d’arc, amb forma de creu.

Smyth, en parla de la història de la descoberta de l’M22, dubta del paper d’Abraham Ihle. Especula amb la possibilitat que Halley, en l’article del 1716, fes referència a Abraham Hill, de la Royal Society. Una altra possibilitat seria que Jan Hevelius hagués detectat l’objecte abans del 1665. Però aquests dubtes de Smyth reflecteixen més que res la renuència a atribuir la descoberta del primer cúmul globular d’estels conegut a un fosc empleat postal.

Smyth també entra en la qüestió dels tres estels propers a l’M22 que apareixien en el dibuix de Le Gentil del 1747, però que en el 1749 havien quedat reduïts a un de sol. Smyth diu que els tres estels eren visibles telescòpicament en el 1835.

Smyth també reflexiona quant a la morfologia de l’M22. La distribució dels estels no és uniforme, sinó que en concentra en el mig. Això seria l’efecte de l’atracció gravitatòria mútua.

En el 1847, John Herschel publicà un nou catàleg de nebuloses. L’M22 apareix en l’entrada 3753, en base a observacions fetes el 29 de juliol del 1834 i el 27 de juny del 1837. D’acord amb la del 1834, valora les magnituds aparents dels estels en una distribució bimodal, amb les més brillants amb valors de +11 i les menys brillants de +15, amb un forat en magnituds intermitges. Pensa si no consisteix en dues capes, o en una cobertura damunt d’una altra. En comparar l’observació del 1834 amb les del 1826 i 1830, sospità l’existència d’un moviment propi, descartada més tard. Si en el 1834 valorava el diàmetre aparent en 9 minuts d’arc, en la del 1837 rebaixa la xifra a 7 minuts d’arc. Confirma la distribució bimodal de magnituds aparents (+12 i entre +15 i +16), tot assenyalant que els estels més brillants són vermellosos.

En el Catàleg General de John Herschel, l’M22 apareix en l’entrada 4424, i en el Nou Catàleg General de John Dreyer apareix en l’entrada 6656.

En el recull fotogràfic de Curtis, s’estima que l’M22 té un diàmetre aparent de 12 minuts d’arc.

En el 1930, Harlow Shapley en va fer un estudi en el qual estimà l’existència de vora 70.000 estels, la majoria concentrats en el centre. Dins de l’escala de concentració de cúmuls globular, elaborada pel propi Shapley i per Helen Sawyer, l’M22 ocupa un lloc intermig, en la classe VII.

Els cúmuls globulars són un objecte interessants en els estudis d’astrofísica, ja que reflecteixen una població diversa d’estels situada a la mateixa distància de la Terra. En el 1959, per exemple, Halton Arp i William G. Melbourne publicaven un diagrama de color-magnitud corresponent a més de 400 estels de l’M22. El diagrama resultant recordava a l’obtingut per a l’M13. El diagrama també permetia identificar els estels RR Lyrae de l’M12. Com que la magnitud absoluta dels RR Lyrae ja estava ben establerta, en conèixer la magnitud aparent, Arp i Melbournbe estimaven la distància de l’M12 en 3,3 kiloparsecs, que entra dins de l’estimació actualment acceptada.

En el 1986, el satèl·lit IRAS identifica un punt d’emissió d’infraroig (IRAS 18333-2357) en el si de l’M22. Cohen i Gillett (1989) van estudiar l’IRAS 18333-2357. El punt es corresponia a dos estels. Cohen i Gillett descartaven que l’estel nord fos part de l’M22, però l’estel sud sí que ho era. Concretament, es tractava d’un estel blau, calent (temperatura de 50.000 K). La font d’infraroig era deguda a una petita nebulosa planetària il·luminada per aquest estel. Aquesta nebulosa planetària, la GJJC1, fa de l’M22 un dels quatre cúmuls globulars en els quals s’hi ha detectat aquesta mena d’objectes. La nebulosa planetària GJCC1 té una edat de 6.000 anys i seria el resultat d’una supernova. Probablement, vers l’any 4000 a.C., l’M22 va ser visible des de la Terra a través d’aquesta supernova durant uns mesos. És clar, que llavors simplement se l’hauria observat com un estel nou de Sagitari.

L’M22 en xifres

Astrofotografia de Hunter Wilson que captura l’M22 i la seva zona. Captem el color rogenc descrit per De Chéseaux en el 1746, atribuïble als gegants vermells que poblen el cúmul. També observem la irregularitat detectada per John Herschel (la part superior esquerra del cúmul està més desenvolupada que les altres). Detectem en la part superior esquerra de la imatge els tres estels que apareixien en el dibuix de Le Gentil del 1747. Aquests estels, com la majoria dels estels del camp, no es troben associats al cúmul, sinó que són estels interposats. Els estels de la perifèria del cúmul són de difícil assignació, i bé poden ésser estels associats al cúmul o estels interposats.

El cúmul globular M22 és un dels cúmuls globulars de major magnitud aparent del cel septentrional (+5.1). Des de l’M21, el veiem com un objecte de magnitud +4.

L’M22 captat pel telescopi Hubble. En el globus de l’extrem superior esquerra veiem una imatge general. En el requadre ampliat hi ha un detall del centre. Apreciem el fet que hi ha dues tipologies d’estels, d’acord amb la magnitud aparent.

El diàmetre aparent de tot l’objecte s’estima en 32 minuts d’arc, encara que únicament la part interior (de 8 minuts d’arc) és la que apareix nítidament com a pertanyent al cúmul globular. Això donaria un radi de 50 anys-llum, per bé que la majoria d’estels se situarien en la part interior de 10-12 anys-llum. Els estels de l’M22 es compten per centenars de milers. La massa total és de 5,8•1035 kg (290.000 masses solars).

Ja hem vist com els diferents estels de l’M22 pertanyen a diferents tipologies. No obstant això, el gros dels estels té la mateixa edat. D’acord amb el valor de metal·licitat (-1,49), s’estima una edat de 12.000 milions d’anys per al cúmul globular.

Progressivament, els estels de l’M22 exhaureixen el seu combustible, i esclaten com ho va fer l’estel responsable de la nebulosa GJJC1. Tot i així, per a la majoria d’estels que integren l’M22, amb masses relativament petites, 12.000 milions d’anys no és un període llarg. Abans que s’apaguin tots els estels, l’M22 s’anirà disgregant progressivament cada vegada que, com en el present, s’apropi al disc galàctic. I tot i així, parlem de diverses desenes de milers de milions d’anys.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: