Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M27, la Nebulosa de l’Halter, els materials ejectats d’un nan blanc

El nostre objectiu ara passa a ésser, no pas un objecte interestel•lar o multiestel•lar, sinó un objecte uniestel•lar. L’M27 és una “nebulosa planetària”, però també la podríem denominar com una “nebulosa uniestel•lar”, és a dir una nebulosa associada a un únic estel. En certa forma, el primer destí del nostre viatge, la Nebulosa del Cranc, també és un objecte qualificable de “nebulosa uniestel•lar”, en tant que és el romanent d’una supernova. L’M27 no és un romanent de supernova, sinó que resulta dels materials ejectats i ionitzats per un estel que es troba en la fase de nan blanc. Posem-hi rumb, doncs. El nostre punt de partida és el cúmul obert M26. Haurem de creuar 4.000 anys-llum (1,2 kiloparsecs; 3,8•1019 metres). Com en la majoria de trajectòries anteriors, seguim un radi galàctic, en aquest cas per allunyar-nos del centre de la galàxia en 3.900 anys-llum (ens acabem per situar a una distància de 26.400 anys-llum). Respecte del Sistema Solar, ara sí que la nostra trajectòria és una mica més oblícua, és a dir marcada pels dos components, radial i tangencial. Radialment, ens apropem a la Terra en 3.600 anys-llum (quedem a una distància de 1.360 anys-llum, i no hi havíem estat a prop en el nostre viatge d’ençà de la visita de l’M7 o Cúmul de Ptolomeu). Tangencialment, ens apartem de les constel•lacions que hem freqüentat majoritàriament, creuem tota la constel•lació de l’Àliga i la de la Sageta, per acabar en el cor de la Guineueta.

Representació de la constel•lació de la Guineueta i de l’Oca en la Uranographia de Johann Elert Bode (1801). Aquesta constel•lació, associada al Triangle de la Primavera format per Deneb, Vega i Altair, no apareix en les llistes de l’antiguitat. Johannes Hevelius, en la seva Uranographia publicada pòstumament, presenta la constel•lació de “Vulpecula cum ansere”, la guineueta amb l’oca. D’ací que en l’obra de Bode, apareguin la figura de la Guineu amb l’Oca a la boca. En el segle XIX, la Guineueta i l’Oca es presentaven sovint com dos constel•lacions diferents, però en la fixació de les fronteres de les constel•lacions del 1922, l’Oca perd la seva independència i la Guineueta recupera els límits definits per Hevelius. L’estel principal de la constel•lació, Alpha Vulpeculae és, de fet, l’estel principal de l’Oca.

Descoberta i coneixement d’una nebulosa planetària

A mesura que passen els dies de juliol del 1764, Charles Messier és conscient de la rellevància de l’estudi de les nebuloses fixes. Ja no les contempla únicament com objectes enutjosos en la descripció i seguiment de nous cometes. Amplia, doncs, el seu camp d’observació a constel•lacions relativament allunyades del Zodíac. Es tracta de prendre una idea de la difusió de nebuloses i cúmuls estel•lars en el cel, i de fer un intent de tipologia.

La nit del 12 de juliol del 1764, per exemple, la dedica a la recerca de nebuloses. Investiga la constel•lació de la Guineueta, i hi troba una nebulosa entre les dues potes davanteres del catasterisme. La nebulosa no dista gaire de l’estel 14 Vulpeculae, de magnitud +5. Ja amb el telescopi refractor de tres peus i mig de longitud focal, veu l’objecte amb claredat. Amb un telescopi més potent, amb x104 augments, la descriu com un objecte de forma ovalada. La classifica com una “nebulosa sense estel”, i en calcula un diàmetre aparent de 4 minuts d’arc. Passada la mitjanit, en determinar el minut exacte del pas pel meridià tant de 14 Vulpeculae com de la nebulosa descoberta, Charles Messier atribueix a la segona les següents coordenades: 279º21’41’’ d’ascensió recta i una declinació nord de 22º04’0’’.

No s’ha trobat cap referència d’aquest objecte anterior a la de Charles Messier. Messier no abandonà mai el seu interès pels cometes. En total, en descobrí 13, i va contribuir al còmput o divulgació de les trajectòries de molts d’altres. Per exemple, va elaborar la carta del cometa del 1779, que després s’inclouiria en l’anuari de l’Acadèmia Francesa de Ciències, en la qual inclou la referència a la nebulosa M27. El 31 de gener del 1781, va tornar a observar l’M27.

Johann Elert Bode inclou l’objecte (“una nebulosa”) en l’entrada 67 del seu catàleg.

Johann Gottfried Koehler també l’inclou l’objecte en el seu catàleg, en l’entrada n. 6. Diu que es troba en la constel•lació de la Guineu, en el pit de l’animal, i dóna com a coordenades eclíptiques una longitud de 5º d’Aiguader i una latitud de 43ºN.

Caroline Herschel es va iniciar en l’observació astronòmica als 32 anys, en el 1782. Deixeble del seu germà William, dotze anys més gran, aprèn d’ell la tècnica d’agranatge del cel, amb la qual s’optimitzen les possibilitats de descobrir cometes. El 30 de setembre del 1782, al vespre, en creuar la constel•lació de la Guineueta, Caroline topa amb un objecte sospitós. Amb l’ajut de William, consulten el catàleg de Charles Messier per evitar una falsa identificació, i llavors troben que l’objecte descobert per Herschel coincideix amb el número 27 de Messier: és el mateix objecte. Messier havia dit que era un objecte de forma oavalada. William troba, amb el seu telescopi, que és un objecte d’aparença doble (“rather divided in two”). Coincideix amb Messier en dir que no hi veu cap estel, i que els petits estels que l’envolten no hi tenen res a veure. Amb un poder de 278 s’optimitza l’observació de l’objecte, i llavors William constata que la divisió entre les dues taques és més forta, ja que la llum intermitja es fa més feble. Amb un poder d’augment superior, paradoxalment, l’objecte deixa de veure’s, ja que en aquestes condicions és més difícil captar la llum feble de la nebulosa.

El 6 d’abril del 1783, Caroline Herschel fa una nova observació. En fa una tercera el 23 de juliol. El 2 d’agost del 1783, William Herschel l’observa una altra vegada i anota que té “una sospita distant que és un objecte integrat completament per estels”, però que requeriria condicions òptimes de captació de la llum de l’objecte per confirmar-ho.

El 19 de juliol del 1784, William Herschel, en l’agranatge 241 del cel, torna a observar l’objecte. Anota:</p<

Suposo que aquesta nebulosa és un doble estrat d’estels d’una gran dimensió. L’extrem més proper a nosaltres és una nebulositat resoluble, però l’extrem més allunyat amb prou feines es pot resoldre [en estels] i es fon finalment en un blanc lletós de la mateixa aparença que la nebulosa d’Orió.

Aquest comentari i el dibuix que adjunta ens mostra la gran capacitat de William Herschel per afigurar-se objectes en les tres dimensions a partir de la percepció bidimensional que obté a través del telescopi.

William Herschel aniria corregint algunes d’aquestes suposicions. El 27 d’octubre del 1794, l’observa a una potència de 287, amb un telescopi reflector de 7 peus. Diu:

Veig tan sols dues taques de llum unides entre elles, amb aparença de nebuloses sense estels [nebuloses interestel•lars], que penetren l’una a l’altra. Hi ha uns pocs estels petits visibles a dins, però no pas més que els escampats en el cel que envolta. Per tant, no són connectats amb la nebulosa o nebuloses.

Herschel, doncs, fa una comparació entre la densitat estel•lar en el camp de la nebulosa i en el camp exterior, per tal de descartar, si més no momentàniament, que l’M27 sigui realment un cúmul estel•lar.

En el 1811, William Herschel faria una llista de “nebuloses que tenen més d’un focus de lluminositat” (o de nebuloses amb més d’un centre d’atracció), i també una altra de “nebuloses dobles”. En total, enumera 15 exemples de nebuloses dobles, entre les quals compta l’M27. L’aspecte doble de l’M27 ha cristal•litzat en un dels noms més populars entre els astrònoms aficionats, el de Nebulosa de l’Halter (Dumbbell Nebula), com si els dos lòbuls de la nebuloses fossin dues peses connectades pel mànec. Uns altres, hi veuen la forma del cor d’una poma, estretat pel mig.

Aquesta imatge de Jack Newton mostra la forma bilobulada de l’M27. També constatem que encara que podem veure-hi estels, aquests estels no són més que estels escampats, la majoria d’ells interposats en la nebulosa (i alguns potser més llunyans), però que no es troben associats físicament amb l’M27.

El 24 d’agost del 1827, John Herschel, fill de William i nebot de Caroline, fa una observació de l’objecte. Calcula com a coordenades una ascensió recta de 19h52m10,0s, i una distància angular al pol nord de 67º45’11’’. El diàmetre aparent en termes d’ascensió recta seria de 25s (6 minuts d’arc). Vet ací la descripció:

Un objecte enormement extraordinari i molt brillant. És una nebulosa no-resolta, amb la forma d’un rellotge de sorra, emmarcat en un perímetre ovalat amb una nebulositat molt menys densa. La massa central es pot comparar amb una vèrtebra o un hàlter. El cap austral és més dens que el septentrional. S’hi veuen un o dos estels.

El 17 d’agost del 1828, John Herschel dibuixa l’objecte, i detalla les posicions del seus components, tot calculant l’eix de simetria. Anota acuradament la presència de diversos estels i les posicions relatives. Això havia de servir, amb el transcórrer d’anys, per confirmar que aquells estels no tenien res a veure amb l’M27.

El 12 de juliol del 1830, Herschel s’entrenia més amb el detall de la distribució de la nebulositat. L’endemà consultava a un amic les impressions capturades i aquest confirmava ell mateix al telescopi la forma ovalada del perfil exterior de la nebulosa.

En el catàleg de John Herschel de 1833, l’M27 apareix en l’entrada 2060. En el catàleg de Bedford, fet en el 1837, William Henry Smyth situa l’objecte entrada 729:

Aquesta és la nebulosa de doble cap o de l’hàlter, en el pit de la Guineu, prop de l’estel 14 Vulpeculae; és a uns 7º al SE de Beta Cygni, i gairebé a mig camí entre ella i el Dofí. Aquest objecte magnífic i singular se situa en un veïnat poblat, on camp rere camp és ben ric. Messier la descrigué com una nebulosa oval sense estels. Els meus instruments, però, en mostren diversos, dels quals tres gairebé en la mateixa direcció que l’halter.

Imatge en negatiu, obtinguda el 2009 per Irro Sairanen, amb un augment de x280. Els estels que apareixen com punts contrasten amb la nebulositat de l’M27.

Com veiem, Smyth pensava que aquests estels sí eren vinculats a la nebulosa.

En l’article il•lustrat que lord Rosse va publicar al Philosophical Transactions en l’any 1844, l’M27 apareix en la figura 26 de la placa XIX, a partir d’una observació feta per l’autor amb un telescopi de 3 peus d’obertura. Lord Rosse contrasta la morfologia complexa de l’M27 amb la d’un altre nebulosa “sense estel”, l’M1, aquesta darrera molt més senzilla. Lord Rosse assenyala que cal una nit extremadament bona i una potència telescòpica considerable per fer una bona observació de l’M27. Això és el que comenta de la imatge:

En bones condicions se la veu com consistent en innombrables estels, barrejats amb nebulositat; i quan girem la vista del telescopi a la Via Làctia, la similitud és tan colpidora que és impossible no sentir una convicció ben forta que la nebulositat en tots dos casos procedeix de la mateixa causa.

Lord Rosse suggeria, doncs, la possibilitat que l’M27 fos una galàxia anàloga a la Via Làctia. El paradigma dominant en aquella època encara considerava la Via Làctia com la galàxia-univers, i no contemplava la possibilitat d’altres galàxies. Lord Rosse afirma, fins i tot, que amb un aparell prou potent ja poden començar a observar-se els estels que integren la nebulositat de l’M27.

En el Catàleg General de John Herschel, l’M27 apareix en l’entrada 4532: “Objecte magnífic, molt brillant, molt gran, binuclear, d’extensió irregular (Nebulosa de l’Halter)”. El Catàleg General fa referència a les figures fetes per Lord Rosse en 1844, 1850 i 1861, i la feta per Heinrich Louis d’Arrest el 1861.

En el 1864, Huggins publicava al Philosophical Transactions un article sobre l’espectre de diverses nebuloses, entre les quals hi havia l’M27. Això és el que refereix:

La llum d’aquesta nebulosa, després de passar pels prismes, restava concentrada en una línia brillant, que apareixia boirosa en les vores. No s’hi percebia cap traça d’altres línies, ni tampoc s’hi detectà un espectre continu. Aquesta línia brillant, comparada amb l’espectre d’una espurna d’inducció, coincidia en posició amb la més brillant de les línies del nitrogen.

Huggins també feia referència als diminuts punts de llum que Lord Rosse, Otto Struve i d’altres autors havien observat en l’M27. Huggins no descarta l’existència d’aquests punts, ni que es corresponguin a estels, i confessa que l’absència d’espectre podria deure’s a la feblesa de la llum d’un estels tan llunyans. En tot cas, la llum procedent de l’M27 és idèntica en termes de refractibilitat, i les variacions es deuen únicament a canvis en intensitat.

Més endavant comenta en relació amb l’M27 i d’altres nebuloses de natura semblant que:

Aquests objectes no els podem considerar com a agregats de sols d’acord amb l’ordre al qual pertanyen el nostre sol i els estels fixos. Aquests objectes no tenen res a veure amb una modificació especial del nostre propi tipus de sol, sinó que ens trobem en presència d’objectes que posseeixen un pla distint i peculiar d’estructura.

I encara continua:

Per comptes d’un cos incadescent sòlid o líquid que transmet llum de totes les refractibilitats a través d’una atmosfera que intercepta per absorció un cert nombre d’elles, com és el cas del nostre sol, hem de considerar probablement aquests objectes, o si més no les seves superfícies lluminoses, com a enormes masses de gas o vapor lluminós. Ja que és únicament a partir de matèria en estat gasós que se sap que s’emet llum consistent en certes refractibilitats definides, com és el cas de la llum d’aquestes nebulosa.

En el Nou Catàleg General de John Dreyer, l’M27 és assignat a l’entrada 6853. Dreyer treballa amb els dibuixos de Lassell, de Secchi, D’Arrest i de Trouvelot.

En el 1915, F. G. Pease publica en un article estimacions de la velocitat radial de sis nebuloses. Aquestes estimacions es basen en l’efecte Doppler, i permeten conèixer la velocitat relativa amb la qual la nebulosa s’apropa o s’allunya respecte del Sistema Solar. En el cas de l’M27, Pease enfocà en la zona més brillant, amb un temps d’exposició de 32 hores i mitja acumulades, repartides en cinc nits. Com Huggins, Pease no va poder detectar-hi un espectre continu, però sí quatre línies brillants (5007, 4959, H Beta, H Gamma). Pease deduïa que la velocitat radial era de -63 km•s-1, és a dir que cada segon la distància de l’M27 respecte del Sistema Solar es redueix 63 km.

La natura de l’M27, de mica en mica, s’anava refermant. Curtis publicà una descripció fotogràfica de nebuloses i cúmuls estel•lars, incloent-hi la Nebulosa de l’Halter. Ja la qualifica de “nebulosa planetària”. La fotografià amb una ampliació de x5,3, amb un temps d’exposició de 2h. La definí com “un dels ‘gegants’ de la classe planetària i de gran importància en teories d’estructura planetària degut a la fàcil visibilitat dels detalls intrínsecs”.

L’M27, de prop

Paga la pena que expliquem aquest concepte de “nebulosa planetària”. Originàriament, el nom derivava de l’aspecte similar d’aquest tipus d’objectes a planetes com Urà. En realitat, però, una “nebulosa planetària” no té res a veure amb planetes. De fet, la “nebulosa planetària” queda millor definida com a “nebulosa uniestel•lar”. Consisteix en una nebulosa d’emissió que resulta de les capes de gas ionitzat ejectades per estels en la fase de gegants. En aquesta fase, l’estel ha exhaurit bona part de l’hidrogen originari, el qual ha entrat en reaccions de fusió. El nucli estel•lar es contrau i la temperatura augmenta, mentre les capes exterior de l’estel s’expandeixen i es refreden. En conseqüència, l’estel guanya en volum i en lluminositat.

A mesura que la temperatura del nucli puja més enllà de 3•108 K, comencen a produir-se noves reaccions de fusió, però per comptes d’una fusió d’hidrogen tenim una fusió d’heli. També l’heli, però, acaba per esgotar-se. El nucli, enriquit en carboni i oxigen, queda inert, mentre que en capes exteriors hi ha encara processos de fusió d’hidrogen i d’heli.

La Nebulosa de l’Halter fou la primera “nebulosa planetària” pròpiament dita en ésser descoberta (en 1764, si bé no fou fins molt més tard que se la caracteritzà correctament).

La Nebulosa de l’Halter, vista per Matthew T. Russell.

L’M27 té un radi mitjà de 1,44 anys-llum al voltant de l’estel central. Fins a aquesta distància han arribat les capes exteriors de l’antic estel gegant, ara transformades en una nebulosa d’emissió.

La Nebulosa de l’Halter segons el telescopi espacial d’infraroig Spitzer.

Messier havia parlat de la forma ovalada d’aquesta nebulosa. En efecte, es tracta d’un objecte amb forma d’esferoide prolat. Des de la Terra, el veiem al llarg del seu pla equatorial. Des de la nostra posició, podem fer-hi diferents voltes per apreciar la morfologia del seu conjunt.

La Nebulosa de l’Halter, vista des de l’Observatori Euroxilè de La Silla. En aquesta imatge, es justifica també un altre nom popular, el de la Nebulosa del Diàbolo, en record del popular joc infantil.

L’edat de les nebuloses planetària es pot estimar d’acord amb el radi mitjà i la taxa d’expansió. Per exemple, en l’M27, la velocitat d’expansió de la nebulosa és de 31 km/s. Això vol dir que cada cent anys, el diàmetre aparent de l’M27 vist des de la Terra, creix en més de 2 segons d’arc. Si fem retrocedir aquest procés, podem deduir que l’M27 inicià la fase de nebulosa planetària fa uns 10.000 anys.

El límit de la nebulosa és relativament ben marcat, però dista molt d’ésser homogeni. És el resultat de la interacció entre les capes estel•lars ejectades i les partícules del medi interestel•lar.

Detall dels nusos de l’M27, observats pel Telescopi Espacial Hubble

Els nusos del material nebulós es correspon a fronts locals on el procés de fotoionització és particularment important.

Paradoxalment, com més ens apropem a l’M27, més costa d’apreciar aquest material nebulós. El creuem amb la nau sense gaire dificultat, bo i monitoritzant els possibles efectes del bombardeig de partícules sobre les cobertes de seguretat. En el moment de creuar la capa externa, encara ens queda 1 any-llum de viatge, per arribar a l’estel que ha provocat tot aquest enrenou.

Es tracta ara mateix d’un nan blanc. La massa d’aquest estel és igual a 0,56 masses solars (1,1•1030 kg), però encabida en un radi igual a 0,055 radis solars (3,8•107 m, és a dir 38.000 km). La densitat de l’estel, doncs, és considerable. Amb un radi de 38.000 km, aquest nan blanc amb prou feines supera en sis vegades el radi terrestre. Però 38.000 km és una xifra notable per un nan blanc. De fet, és el nan blanc de radi més gran d’entre els coneguts.

Progressivament, la Nebulosa de l’Halter s’expandirà més i més. Però, alhora, això suposarà la seva dilució. Mentrestant, el radi del nan blanc patirà una reducció també secular.

En contemplar la Nebulosa de l’Halter no podem evitar pensar en el destí del nostre Sol. El Sol parteix d’una massa inicial superior a la de l’estel originari de l’M27. Però tan en un cas com en l’altre, el destí és similar. En qüestió de 5.000 milions d’anys, aproximadament, el Sol emprendrà el camí de l’estel gegant, seguit posteriorment de la formació d’una nebulosa més o menys cridanera i de la condensació en nan blanc. En comparació amb la longevitat d’un estel, la nebulosa planetària és una estructura de curta vida, d’unes poques desenes de mil•lennis. I durant aquests mil•lennis, canvia de forma i d’aspecte, com també és mutable l’aspecte segons des de la perspectiva única des de la qual la mirem.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
One comment on “Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M27, la Nebulosa de l’Halter, els materials ejectats d’un nan blanc

Els comentaris estan tancats.