Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M42, la Nebulosa d’Orió

He de confessar que ja en tenia ganes d’arribar al número 42 de la llista de Messier. En particular, perquè és el número amb el que potser més familiaritzat és qualsevol observador dels nostres rodals. Messier 42 o M42 és la Nebulosa d’Orió. Orió, ja d’entrada, és de les constel•lacions més pregones del nostre cel, caracteritzada pel cinyell format per tres estels (les Tres Maries). Sota d’aquest cinyell, com si fos una butxaca, i sovint interpretada com la punta del punyal (o una altra interpretació, potser més maliciosa) amb el qual va armat el gegant, apareix la Nebulosa d’Orió. En un cel poc nítid, el que veiem és un triangle d’estels. Amb més nitidesa, veiem ja l’estructura nebulosa. És en el càmeres de llarga exposició que la nebulosa se’ns apareix amb tota esplendor. Es tracta d’una nebulosa difusa, d’una regió rica en H II (regió de gas hidrogen ionitzat). Des de la nostra posició, ara, al cúmul estel•lar M41, la Nebulosa d’Orió té una morfologia diferent a com la veieu des de la Terra. La trobem al costat de Deneb, i per tant no li veiem cap relació amb els estels de la constel•lació d’Orió. L’espai tridimensional ja les té aquestes coses: tot és un joc de perspectiva. El camí que fem, entre l’M41 i l’M42, és d’una mica inferior a 1200 anys-llum (360 parsecs; 1,1•1019 m). Solquem un sector del Braç d’Orió que queda en una posició galàctica més perifèrica i més austral que el nostre Sistema Solar. Viatgem pràcticament en un paral•lel galàctic, encara que, en acabar el viatge som 360 anys-llum més aprop del Centre Galàctic (que ara ens queda a 28.100 anys-llum de distància). Ens apropem força més a la Terra, gairebé en 1.000 anys-llum, de manera que hi quedem a una distància d’uns 1350 anys-llum. Des de la Terra, des d’un punt de mira tangencial, el nostre camí no és pas espectacular. Al capdavall, l’M41 se situa en el Gos Gros, i els dos Gossos s’associen a Orió: són els quissos que ajuden el gegant-caçador. De fet, el nostre senyala haurà sortit del Pit del Ca Gran per, un cop creuada la constel•lació de la Llebre (l’objecte de la cacera), aterrar entre les cames del gegant.

La constel•lació d’Orió, en una imatge composta de dues fotografies d’alta exposició, fetes a Bali, quan la constel•lació assoleix el zènit. Orió queda emmarcat per quatre estels: Alpha Orionis (Betelgeuse, el muscle dret d’Orió), Gamma Orionis (Bel•latrix, el muscle esquerre), Kappa Orionis (Saiph, el genoll dret) i Beta Orionis (Rigel, el genoll esquerre). El Cinyell és format (de l’esquerra a la dreta del gegant) per Delta Orionis (Mintaka), Èpsilon Orionis (Alnilam) i Zeta Orionis (Alnitak). A mig camí entre Alnilam, Saiph i Rigel trobem la Nebulosa d’Orió.

El coneixement de la Nebulosa d’Orió

A ull nu, la Nebulosa d’Orió és visible, però no pas fàcilment recognoscible com a nebulosa. Hom la pot prendre per un, dos o tres estels. Alguns relats maies, semblen indicar el reconeixement de la natura nebulosa de l’objecte. En canvi, en el catàleg elaborat per Claudi Ptolomeu vers l’any 130 d.C., l’objecte s’identifica amb un estel de cinquena magnitud. Tycho Brahe, un dels darrers grans astrònoms a ull nu, és del mateix parer. En el catàleg de Johann Bayer, Uranometria, l’objecte és assenyalat com l’estel Theta Orionis.

L’adveniment de l’era del telescopi, a efectes astronòmics, s’esdevé l’any 1609. En aquell any, Galileu observa la zona (l’espasa i el cinyell d’Orió) i hi detecta una vuitantena d’estels febles (estels telescòpics, o estels invisibles a ull nu), però no reporta cap nebulosa.

En canvi, a final del 1610, Nicolas-Claudi Fabri de Peiresc, de 30 anys, nascut a Belgentier (Var, Provença), adreça el telescopi a la zona, i reporta la presència d’una nebulositat (“al mig d’Orió… integrada per dos estels, hi ha una nebulosa”). L’observació de Fabri de Peiresc restà inèdita, i no fou publicada fins més de tres segles després, en 1916, de la mà de Guilhem Bigordan.

Ja hem dit que Bayer, que no havia vist la nebulositat de l’objecte, l’havia catalogat com un estel senzill, Theta Orionis. El 4 de febrer del 1617, Galileu observa telescòpicament Theta Orionis, a un augment de 27x, i remarca que es composa de tres estels, actualment catalogats com a Theta1 Orionis C, Theta1 Orionis A i Theta1 Orionis D. Però Galileu no remarca cap nebulositat tampoc en aquesta ocasió. En l’actualitat se sap que Theta Orionis és realment un sistema estel•lar ben complex.

En el 1618, Johann Baptist Cysatus, jesuïta de Lucerna, va observar un cometa. La figura li va recordar allò que havia vist, ja en el 1611, en la constel•lació d’Orió, però com a nebulosa fixa: “Aquest fenomen és similar a les congregacions estel•lars que hi ha en el firmament devers el darrer estel de l’Espasa d’Orió, on realment es veu per telescopi una congestió d’estels en un espai restringit i pels voltants i entre aquests estels la llum difon com un núvol blanc brillant”. L’obra de Cysatus, però, tampoc no fou gaire coneguda, i no fou rescatada fins el 1854, de la mà de Rudolf Wolf.

Així, en el 1654, Giovan Battista Hodierna trobava la nebulositat d’Orió amb el telescopi, sense conèixer cap referència bibliogràfia prèvia. En va fer aquest esquema:

L’esquema d’Hodierna situa tres estels emmarcats en una nebulosa. Els tres estels han estat identificats amb Theta1 Orionis, Theta2A Orionis i Theta2B Orionis.

Hodierna va incloure aquesta nebulosa en el seu catàleg, en l’entrada cinquena:

La cinquena es troba en l’espasa d’Orió i inclou 22 estels que hom pot veure amb el telescopi. Però aquest objecte és interesant pel fet que hi ha una lluminositat irresoluble en el centre de la qual s’hi poden veure tres estels.

Però Hodierna, encara que corresponsal de destacats astrònoms, fou un desconegut pels contemporanis pel que fa als estudis de nebuloses, de manera que, en el 1656, Christian Huygens, també de manera independent, descobria el caràcter nebulós de Theta Orionis:

Hi ha un fenomen entre els estels fixos que paga la mena d’esmentar, que, pel que sé, encara no ha estat remarcat per ningú, i que, de fet, no es pot observar si no és amb grans telescopis. En l’espasa d’Orió hi ha tres estels molt propers. En el 1656, vaig pujar els augments mentre n’observava el central, i se’n van aparèixer dotze – quelcom tampoc no gaire inhabitual. Tres d’aquests gairebé es tocaven entre ells i, amb uns altres quatre, brillaven a través d’una nebulosa de forma que l’espai del voltant semblava més brillant que la resta dels cels, que eren completament clars i apareixien com força negres, amb l’efecte d’una obertura en el cel a través del qual una regió més brillant era visible.

Ja hem dit que Theta Orionis havia estat descomposada per Galileu en tres estels. En el 1673, Jean Picard n’observava un quart estel. Amb el temps, aquest conjunt de quatre estels seria reconegut com el Trapezi. En el 1684, Huygens descobria independentment el quart estel. En el 1695, Huygens dibuixava la nebulosa amb el Trapezi reconegut com un cúmul estel•lar situat al mig:

En el 1716, Edmond Halley publica una llista de sis nebuloses. La primera de la llista és la Nebulosa d’Orió, de la qual diu:

La primera nebulosa i la més considerable és la que hi ha en el mig de l’Espasa d’Orió, assenyalada com a Theta Orionis a la Uranometria de Bayer, com un estel senzill de magnitud +3, i així també reportada per Ptolomeu, Tycho Brahe i Hevelius. Però en realitat són dos estels molt propers, envoltats d’una taxa brillant molt gran i transparent, a través de la qual apareixen juntament amb altres estels.

Halley atribueix la descoberta de la nebulositat a Huygens, i dóna com a coordenades eclíptiques 19º00 de Gèminis i una latitud sud de 28º45’.

William Derham va examinar la Nebulosa d’Orió amb un telescopi de vuit peus de longitud focal, i en va fer aquest comentari:

Tan sols la Nebulosa d’Orió té estels a dins, visibles únicament amb el telescopi, però que de cap manera són causa suficient de la llum de la nebulosa. Fou per aquests estels, que em vaig adonar que la distància de les nebuloses ha d’ésser superior a la dels estels fixos, i per aquest motiu en vaig investigar d’altres. Cadascuna de les que he pogut discernir de forma molt visible i clara, ha de trobar-se a una distància immensa més enllà dels estels fixos que hi ha prop, siguen visibles a ull nu o exclusivament telescòpics. De fet, semblen ésser tan lluny per darrera dels estels fixos, com ho són aquests estels respecte de la Terra.

En el 1733, Jean-Jacques d’Ortous de Mairan, publicava un “Tractat físic i històric de l’Aurora Boreal”. En aquesta obra també fa esment de les nebuloses astronòmiques, fonamentalment de les llistades per Halley. Mairan, però, reconeix el caràcter compost de la nebulosa d’Orió, i com queda clivellada en una porció nord més petita, i una porció sud més grossa.

També Philippe Loys de Chéseaux, en la seva llista del 1746, inclou aquesta nebulosa (en l’entrada 16) i n’atribueix la descoberta a Huygens.

Dues imatges del Cúmul del Trapezi, en el centre de la Nebulosa d’Orió, fetes pel Telescopi Espacial Hubble. A l’esquerra tenim una imatge òptica, on descata el gas i la pols de la nebulosa. A la dreta, una imatge d’infraroig permet de veure els estels individuals, especialment els quatre més destacats.

El 10 de març de 1758, Guillaume Le Gentil fa una observació de la Nebulosa d’Orió, i escriu:

Semblava tindre la forma de les mandíbules obertes d’un animal. Vaig observar cap a l’oest una extensió de llum que formava un rectangle: aquesta llum és molt difusa. Els tres estels en línea recta en la “mandíbula inferior” semblen completament desvinculats de la nebulosa.

El 3 d’abril del mateix any, Le Gentil anotava: “Els quatre estels del centre [el Trapezi]apareixen com a extraordinàriament brillants.”. Le Gentil va fer aquestes observacions amb telescopis refractors ordinaris de 8, 15 i 18 peus de longitud focal, i amb un telescopi gregorià de 6 peus. Les observacions de Le Gentil foren publicades a les Memòries de l’Acadèmia Francesa de Ciències del 1759.

Charles Messier havia deixat d’anotar objecte en el seu llistat de cúmuls estel•lars i nebuloses a començament del 1765. En el 1766 descobrí el que era el seu quart cometa. A partir del 1769 començà a treballar en la publicació del seu llistat, però calia revisar-lo per tal de no deixar-se cap objecte. És per aquesta raó, que el 4 de març del 1769, va estudiar la posició i morfologia de la nebulosa d’Orió:

La bella nebulosa de l’espasa d’Orió envolta l’estel Theta Orionis. La nebulosa conté aquest estel i tres de menors, que hom no pot veure més que amb bons instruments. La posició és d’una ascensió recta de 80º59’40’’ i una declinació sud de 5º34’06’’.

La nit del 4 de març del 1769 era especialment favorable, amb una serenor poc habitual i sense lluna. En caure el vespre, Orió es trobava creuant el meridià. Messier, després de determinar la posició de la nebulosa (d’acord amb els estels centrals), comença a prendre notes per a fer-ne el dibuix. Emprava el seu telescopi gregoria de 30 polsades de longitud focal, a un augment de 104x.

En el comptatge d’estels de Nebulosa d’Orió, Messier arriba a uns 11, amb 4 prop del centre (els estels del Trapezi). Diu: “els estels són de magnituds diferents, molt comprimits els uns amb els altres, i d’una lluminositat extraordinària”.

Dibuix de Messier de la Nebulosa d’Orió, reproduït en la primera edició del seu catàleg, en el 1771. El dibuix és el resultat de nombroses observacions, però particularment de la feta el 4 de març del 1769. El caràcter bilobulat de la Nebulosa d’Orió, va fer que Messier optés per fer dues entrades de l’objecte, la 42, per al lòbul principal, i la 43 per al lòbul menor.

Johann Elert Bode descriu la nebulosa d’Orió en l’entrada 10 del seu catàleg. Bode fa un esforç per precisar la posició exacta de la nebulosa:

Theta Orionis, l’estel mitjà de l’espasa d’Orió, se situa en el mig d’aquesta nebulosa. Theta 1 Orionis apareix com un estel quàdruple amb un bon telescopi, ja que hi tres estels petits prop d’ella cap a l’est. Theta 2 Orionis és a l’est de Theta 1 Orionis i té dos estels petits a l’est. En total, doncs, hi ha set estels, tots els quals són envoltats d’una nebulosa o lluïsor que sembla inclinada d’oest a est, en una figura de llengua llarga i corbada. Prop del nord d’aquesta nebulosa, apareix un estel que té un aspecte nebulós [l’entrada 43 del catàleg de Messier]. A uns 32 minuts d’arc al nord de Theta Orionis hi ha els estels 1 Orionis i 2 c Orionis. En la mateixa distància, però, al sud, hi ha l’estel Iota Orionis.

Bode ofereix una sèrie de figures de la Nebulosa d’Orió i dels estels estels (interns i adjacents) en l’obra del 1782, “Vorstellung der Gestirne auf XXXIV Kupfertafeln”.

Els germans Caroline i William Herschel observaren sovint la Nebulosa d’Orió al telescopi. La primera observació registrada és de l’1 de març del 1774. Al llarg dels anys, feren un intent de veure si hi havia modificacions seculars de l’objecte. També feren un esforç per lligar estructuralment la Nebulosa d’Orió amb altres objectes, intents que donarien lloc posteriorment a la definició d’un Complex d’Orió.

John Herschel va observar en diferents ocasions la Nebulosa d’Orió entre el 1826 i el 1831. Aquestes observacions li servirien en el seu catàleg del 1833, en el qual Theta Orionis (identificada com la Nebulosa d’Orió) apareix en l’entrada 360.

Cartografia de la Nebulosa d’Orió, elaborada per John Herschel en 1826.

William Henry Smyth introdueix Theta 1 Orionis en l’entrada 216 del seu catàleg. En el cúmul estel•lar del Trapezi distingeix, cinc estels: A, de magnitud +6 i de color blanc pàlid; B, de magnitud +7 i de color lila feble; C, de magnitud +7,5 i de color grana; D, de magnitud +8 i de color rogenc; i E, de magnitud +15 i de color blau. El cinquè estel del Trapezi havia estat descobert uns anys abans per Friedrich Georg Wilhelm von Struve.

En el Catàleg General de John Herschel, la Nebulosa d’Orió apareix en l’entrada 1179 com a “Theta 1 Orionis i la Gran Nebulosa”.

En 1865, William Huggins, publicà a Philosophical Transactions of the Royal Society un article “Sobre l’espectre de la Gran Nebulosa en el Mànec de l’Espasa d’Orió”. Entre les coses que esmenta destaca:

La llum de les parts més brillants de la nebulosa, prop del Trapezi, es va resoldre pels prismes en tres línies brillants, en tots els respectes similars a les de les nebuloses gasoses. Aquestes tres línies, indicatives d’estat gasós, apareixen molt ben definides. En examinar els quatre estels principals del Trapezi, s’observa un espectre continu de considerable lluminositat.

Dècades després, les tonalitats verdoses detectades a la Nebulosa d’Orió van fer pensar en la presència d’un element químic prèviament desconegut, al qual hom va donar el nom de “nebuli”. No fou fins dècades després, ja ben entrat el segle XX, que s’aclarí que aquesta coloració era deguda a una transició electrònica de baixa probabilitat de l’oxigen ionitzat.

John Dreyer, en el Nou Catàleg General, situa Theta 1 Orionis i la gran nebulosa en l’entrada 1976.

Una de les primeres astrofotografies de la Nebulosa d’Orió és aquesta del 1880, obra de Henry Drape. El temps d’exposició és de 51 minuts

En aquesta fotografia del 1883, obra d’Andrew Aislie Common, s’observen dos objectes de Messier. El gran, l’M42, és la Nebulosa d’Orió pròpiament dita. A dalt tenim l’M43. L’aportació de Common a l’astrofotografia és l’ús d’un procés en placa seca, i temps d’exposició fins a 60 minuts.

En el 1894, E. E. Barnard va descobrir una nebulosa d’emissió de més de 10º d’extensió en el cel, de forma que ocupa bona part de la constel•lació d’Orió i àrees de les constel•lacions veïnes.

Aquesta imatge de la constel•lació d’Orió posa de manifest el Llaç de Barnard, una nebulosa d’emissió. Imatges com aquesta han permès definir l’existència del Complex d’Orió, del qual la Nebulosa d’Orió o M42 no és més que un component.

Encara que William Herschel va percebre canvis seculars en la morfologia de la nebulosa, el més probable és que es tractés d’artefactes observacionals. Cal esperar al segle XX, per tal que la tècnica permeti observar aquests canvis. En el 1902, Vogel i Eberhard mesuraren diferències en les velocitats tangencials de diferents elements de la Nebulosa.

Robert J. Trumpler, un dels més grans especialistes en cúmuls estel•lars oberts, va demostrar en el 1931 que els estels del Trapezi formaven realment un cúmul obert.

En aquesta imatge de la constel•lació d’Orió, s’assenyalen les regions que ocupen diversos estels de l’Associació Orió OB1. Aquests estels, de tipus espectral O i B, es vinculen amb el Complex d’Orió. El grup OB1a, es va formar en el Complex fa uns 12 milions d’anys, i per això també és el més allunyat del focus central. El grup OB1b té una edat de 8 milions d’anys, i a ell pertanyen de fet les Tres Maries, del cinyell d’Orió. El grup OB1c, té una edat de 3-6 milions d’anys, i entre els seus membres hi ha Iota Orionis. El grup OB1d és el més recent, vinculat estretament a la Nebulosa d’Orió (cúmul del Trapezi) i a l’M43.

El Complex d’Orió és la zona d’astrogènesi activa més propera al nostre Sistema Solar. D’ací el seu interès per conèixer les primeres etapes de la formació dels estels i dels sistemes planetaris. En aquesta imatge del Telescopi Hubble, detall de la Nebulosa d’Orió, observen estels en formació, al voltant dels quals s’estructuren un núvols de pròplids, discos protoplanetaris que donaran lloc a un sistema planetari.

En aquest imatge, la Nebulosa d’Orió i l’M43 queden en la part superior dreta. En la part inferior esquerra veiem uns altres components del Complex d’Orió, entre els quals destaca l’icònica Nebulosa del Cap de Cavall, descoberta per Williamina Fleming en 1888. El Cap del Cavall és en realitat una nebulosa fosca, que interfereix la nebulositat del fons, deguda a una nebulosa d’emissió energitzada per l’estel Sigma Orionis. El Complex d’Orió és format de fet per un ensems de nebuloses d’emissió i de reflexió, regions riques en H II i nebuloses fosques. Les nebuloses fosques són fetes de partícules de pols submicromètriques, recobertes de monòxid de carboni i de nitrogen sòlids, i que contenen també altres substàncies.

En mig de la Nebulosa d’Orió

La Nebulosa d’Orió és, doncs, tan sols un dels focus, possiblement ara el més actiu, del Complex Astrogènic d’Orió. La Nebulosa mateixa conté núvols neutres de gas i de pols, associacions estel•lars, núvols de gas ionitzat i nebuloses de reflexió. El radi mitjà de la Nebulosa d’Orió és d’uns 12 anys-llum. Per tot aquest volum, hi ha estels ja formats, i estels en formació, amb sistemes planetaris i nans bruns.

Ens crida l’atenció la presència de bombolles de gas, de milers de milions de quilòmetres de diàmetre, i que es mouen a velocitats de centenars de quilòmetres per segon, tot perforant els núvols d’hidrogen. Aquestes boles de gas, degut al seu contingut en àtoms de ferro tenen un color blavós.

Imatges obtingudes per l’Observatori Gemini, en el 2007, que revelen la presència d’una bales de gas de coloració blavosa que esquincen els núvols d’hidrogen. Aquestes bales s’haurien produït com a resultat d’una explosió fa 1000 anys.

El Cúmul del Trapezi és únicament un dels components del cúmul estel•lar associat a la Nebulosa d’Orió. En total, a la Nebulosa d’Orió, en un diàmetre de 20 anys-llum, s’hi compten uns 2.000 estels. El Cúmul del Trapezi ocupa un diàmetre de 1,5 anys-llum. Els cinc estels més destacats del Trapezi tenen unes masses estel•lars de 3-6•1031 kg.

Els cinc estels principals del Trapezi són, alhora, estels múltiples. L’estel A, és un sistema format per tres estels. L’estel B és integrat per 5 components. L’estel C és un estel binari. L’estel E també és un estel binari. L’estel D és l’únic estel senzill dels cinc, i és un estel variable. Cal esmentar també la presència dels estels F, G i H, que no apareixen destacats en la imatge.

Aproximadament la meitat dels estels del Trapezi disposen de discs circumstel•lars. Aquests estels són responsables de bona part de la lluminositat reflectida per la Nebulosa d’Orió. Els vents estel•lars d’aquests astres, a més, condicionen la fesomia d’arcs i bombolles de les regions immediates de la nebulosa:

El Cúmul del Trapezi és integrat per estels formats fa uns 300.000 anys, però n’hi ha d’alguns molt més joves (de no pas més de 10.000 anys d’antiguitat). Són, per dir-ho així, gairebé sortits del forn. Constitueixen part de l’Associació Estel•lar d’Orió OB 1, concretament del subgrup d. En total, es calcula que hi ha 700 estels en formació dins de la nebulosa. S’han comptat també uns 150 discs protoplanetaris o pròplids, associats a alguns d’aquests estels en formació.

D’altres estels han sorgit de la mateixa zona en períodes anteriors. Alguns d’aquests estels, dotats d’una velocitat elevada, ja són ben lluny del sistema. Fa uns 2 milions d’anys, foren ejectats d’aquest sistema, arran de la col•lisió entre dos estels binaris, AE Aurigae, Mu Columbae i 53 Arietis. Aquests estels es troben ja a centenars d’anys-llum de la Nebulosa d’Orió (gairebé 1000 anys-llum en el cas d’AE Aurigae).

També les Tres Maries s’originaren en el Complex d’Orió, fa uns 8 milions d’anys. Lògicament, ara ja són ben escampades. Alnilam a uns 100 anys-llum i Mintaka a uns 450 anys-llum i Alnitak a uns 650. La relació de distàncies no es correspon a l’antiguitat. 25 Orionis, per exemple, format fa uns 12 milions d’anys, es troba a una distància de 300 anys-llum. Són les dinàmiques heterogènies del núvol astrogènic les que expliquen les trajectòries posteiors dels estels.

Les temperatures dins de la Nebulosa d’Orió arriben als 10.000 K. Els corrents interns assoleixen velocitats de fins a 10 km•s-1.

Des de la nostra posició es fa difícil reconèixer totes aquelles estructures que els astrònoms de la Terra han vist des de la seva perspectiva. A més, les estructures es modifiquen en el temps. La dinàmica del material interestel•lar, fan que s’esgoti l’activitat astrogènica en una zona i que, centenars de milers d’anys després, comenci en un altre. Durant una desena llarga de milions d’anys s’han produït estels en el Complex d’Orió, i és presumible que aquesta activitat continuï. En darrera instància, les dinàmiques que impulsen la formació d’estels tenen a veure amb la pròpia morfologia de la galàxia i dels seus braços i espais interbraquials. És per això que l’astrogènesi és ben viva en les galàxies espirals, mentre que en les galàxies el•líptiques és un procés marginal o inexistent.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
One comment on “Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M42, la Nebulosa d’Orió

Els comentaris estan tancats.

%d bloggers like this: