Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M49, la galàxia més lluminosa del Cúmul de Virgo

Hem titulat la nostra sèrie viatge (inter)galàctic, en tant que la majoria dels trajectes són, de fet intragalàctics. Caminem sovint entre cúmuls estel•lars oberts situats en la nostra mateixa secció del Braç d’Orió o, en la secció annexa del Braç de Perseu. Aquests trajectes ens ocupen centenars o milers d’anys-llum. No pas rarament, viatgem cap a les regions de l’halo galàctic, més enllà del Pla de la Via Làctia, per visitar tal o tal cúmul globular tancar. Llavors esmercem desenes de milers d’anys-llum. Únicament en una ocasió, fins ara, hem fet un tour realment intergalàctic, quan vam visitar tres galàxies, l’M31, l’M32 i l’M33, del complex galàctic de l’Andròmeda-Triangle. Però fins i tot en aquell cas no vem sortir del nostre Grup Local de Galàxies, i vem creuar un grapadet de milions d’anys-llum en aquell recorregut. Ara, però, farem un pas més. Farem un viatge que no serà tan sols intergalàctic, sinó que també ens conduirà a un altre cúmul galàctic, el Cúmul de Virgo, que és també el principal cúmul galàctic del nostre Supercúmul Galàctic (o el Supercúmul Local o Supercúmul de Virgo). Viatjarem a la galàxia M49, la més lluminosa de tot el Supercúmul (la qual cosa no vol dir la més grossa). Ens toca córrer 55,9 milions d’anys-llum (17 megaparsecs; 5,3•1023 m). Això és més vuit vegades tot el recorregut acumulat de les darreres 48 setmanes, i és 20 vegades la distància que separa la Via Làctia de la Galàxia del Triangle (etapa 34 del nostre recorregut). Si el diàmetre de la nostra galàxia fos d’1 m, la distància entre la Via Làctia i l’M49 seria de 559 metres. El nostre punt de partida en aquest trajecte és un cúmul estel•lar del segment nord del Braç d’Orió, la qual cosa ens va bé ja que, precisament, hem de sortir del nostre pla galàctic des del nord. Deixem enrera la nostra galàxia i, de fet, per la direcció que portem, també deixem el nostre Grup Local de galàxies. Successivament, deixem enrera també els Grups Galàctics de l’NGC 5128, de l’M101, els Grups de Canes i el Grup de l’NGC 5033. Comparats amb el Cúmul de Virgo, tot aquests cúmuls galàctics ens semblen escarransits. El Cúmul de Virgo és l’autèntic centre de masses del nostre Supercúmul. L’M49 és un membre destacat d’aquest ensamblatge de galàxies, si bé la galàxia més massiva és l’M87. L’M49 és una galàxia el•líptica que, des de la nostra orientació, sembla força arrodonida. No té la bellesa de les galàxies espirals, però és d’unes dimensions espectaculars. Els nostres observadors de la Terra no podeu percebre tot el recorregut que hem fet. Per vosaltres, el nostre senyal ha sortit dels límits entre l’Unicorn i la Serp d’Aigua, per creuar després aquesta constel•lació, la del Sextant, la del Lleó i aterrar sota el nas de la Verge, la Xala babilònica, la Dèmetre-Astrea grega, la Ceres-Maria romana.

L’M49, retratada per Ole Nielsen. Les galàxies el•líptiques tenen l’aspecte que tindria una galàxia espiral si li arrenquessim els braços, i deixessim el bulb galàctic nu. La història estructural d’aquestes galàxies, però, és més complexa que això. En aquesta mateixa imatge distingim, a baix a l’esquerra, una densificació, que es correspon a la galàxia irregular nana UGC 7636.

La descoberta i el reconeixement de l’M49

La primera anotació coneguda d’aquest objecte la trobem en el dietari de Charles Messier, amb data del 19 de febrer del 1771, la mateixa nit que calcula la posició dels primers objectes que formarien part de la primera ampliació del seu catàleg de cúmuls estel•lars i nebuloses. Concretament això és el que assenyala Messier:

Nebulosa descoberta prop de l’estel Rho Virginis. Hom no la pot veure sense dificultat amb un telescopi ordinari de 3,5 peus de longitud focal.

Les coordenades de l’objecte eren també registrades, d’acord amb la comparació amb el pas del meridià de Rho Virginis (cap a quarts de tres de la matinada), com ascensió recta de 184º26’58’’ i declinació nord de 9º16’09’’.

La constel•lació de la Verge és una de les constel•lacions zodiacals i és, doncs, ben transitada per cometes. Fou el cas del Cometa del 1779. La nit del 22 al 23 d’abril, aquest cometa solcava una regió de la constel•lació no gaire allunyada de la posició de l’M49. Messier indicava que “el cometa i la nebulosa tenen la mateixa llum”. En la carta de la ruta seguida pel cometa que va fer Messier amb mires de calcular-ne l’òrbita, indica també la posició de l’M49. Aquesta carta fou publicada en les memòries de l’Acadèmia Francesa de Ciències.

La mateixa nit del 22 al 23 d’abril, un altre perseguidor del cometa del 1779, Barnaba Oriani, astrònom de l’Observatori de Brera, a Milà, va topar amb la nebulosa. Oriani, que desconeixia el catàleg de Messier, la indica com una nebulosa fixa descoberta per ell mateix. El comentari d’Oriani és el següent: “molt pàlida i amb una aparença exactament igual a la del cometa”.

Ni Charles Messier ni Barnaba Oriani es van poder atribuir la descoberta del Cometa del 1779. Johann Elert Bode els havia guanyat. En canvi, en els papers de Bode, no trobem cap menció a la nebulosa M49.

D’acord amb la divisió de l’esfera celeste per la Unió Astronòmica Internacional, la constel•lació de la Verge és, just després de la de la Serp d’Aigua, la més extensa del cel. En la zona de la constel•lació que limita amb Coma Berenices, trobem una acumulació de nebuloses (M49, M60, M84, M86, M87, etc.) que, ja en el segle XX, s’ha demostrat que es correspon a un cúmul de galàxies: el Cúmul de Virgo.

El 10 d’abril del 1781, Charles Messier feia una nova observació de l’objecte.

William Herschel, el 28 de desembre del 1785, observà l’objecte, comentant-hi que és “molt brillant, de mida considerable, gradualment més brillant en el centre, i estès amb febles branques”.

En el catàleg del 1833, John Herschel parla d’aquest objecte en l’entrada 1294, a partir de diverses observacions:
– el 9 de maig del 1828, l’observa a primera hora del vespre, encara amb la llum del crepuscle, i amb el cel ennuvolat. No obstant, arriba a descriure l’objecte com “rodó, molt més brillant cap al centre, de diàmetre aparent de 40 segons d’arc”.
– l’11 de maig del 1828, l’observa a la mateixa hora, però amb un cel més net. Hi constata la presència d’un estel de magnitud +13 just a l’est de l’objecte.
– el 17 d’abril del 1830, anota que és “molt brillant, rodó i més brillant cap al centre”. Calcula un diàmetre aparent de 2 minuts d’arc, i avalua la distància a l’estel acompanyant en 4 segons d’arc.
– el 20 d’abril del 1830 fa una observació amb el cel ennuvolat. Calcula una ascensió recta de 12h21m10,1s i una distància al pol nord de 81º03’43’’.
– el 24 d’abril del 1830, en una nova observació, comenta que les vores de l’objecte són difuses.

En el catàleg de Bedford, de l’almirall William Henry Smyth, l’M49 apareix en l’entrada 447, amb una ascensió recta de 12h21m36s i una declinació nord de 8º52’48’’. Les observacions de Smyth se centren en l’abril del 1836:

És una nebulosa brillant, rodona i ben definida, en el muscle esquerre de la Verge, exactament en la línia entre Delta Virginis i Beta Leonis, a 8º, o menys de la meitat del camí, respecte del primer estel. Amb un augment de x93, hi ha dos estels telescòpics en el camp, un d’ells en el quadrant SO i un altre en el quadrant SO. La nebulosa té un aspecte de perla.

Smyth confon l’observació d’Oriani del 1779 amb la descoberta de Messier, i fa llavors aquest comentari:

Aquest objecte el descobrí Oriani el 1771, i el registrà Messier com “una feble nebulosa, que no es veu sense dificultat amb un telescopi de 3 peus i mig de longitud”. És una llàstima que aquest astrònom actiu i tan dedicat no s’hagués pogut fornir amb un dels telescopis gegants dels nostres dies. Si hagués posseït mitjans eficient, no hi ha pas dubte que hauria augmentat el seu catàleg: una col•lecció d’objectes pel qual l’astronomia sideral sempre n’estarà en deute.

Probablement, l’equivocació de Smyth sobre la descoberta d’Oriani és a la base que aquesta atribució traspassés al Catàleg General de John Herschel i al Nou Catàleg General de John Dreyer. En el Catàleg General, l’M49 apareix en l’entrada 3021, mentre que en el Nou Catàleg General ho fa en la 4472.

Heber Doust Curtis inclou l’M49 en el seu catàleg fotogràfic de 762 objectes obtingut en el reflector Crossley de l’Observatori de Lick. Això és el que comenta:

El nucli extraordinàriament brillant no és estel•lar. Se’l veu bé amb una exposició de 3 minuts. És gairebé rodona, amb un diàmetre de 2 minuts d’arc, que decau ràpidament en les vores. No s’hi discerneix cap estructura, per bé que se’n sospita un caràcter espiral prop del centre en les exposicions més curtes.

Curtis, doncs, suggereix que l’M49 no seria un objecte gaire allunyat de les nebuloses espirals, si bé tindria uns braços molt menys marcats. Curtis també pensava que les nebuloses espirals, com la Via Làctia sencera, eren autèntics universos-illes o galàxies. Per contra, Harlow Shapley defensava que tots aquests objectes eren, com els cúmuls globulars, habitants de l’halo de la pròpia Via Làctia. El debat entre Shapley i Curtis del 26 d’abril del 1920, va exposar els dos punts de mira però no podria aclarir la veritat.

En els anys següents, però, la tasca d’Edwin Hubble i d’altres astrònoms aconseguí paulatinament la introducció de nous mètodes que permetien fer-se una idea de les distàncies relatives de tots aquests objectes. Així es va donar la raó a Curtis. Hubble també fou l’autor d’una classificació de les galàxies.

Esquema de classificació de les galàxies regulars d’acord amb la llur morfologia. En l’esquerra tenim els successius tipus el•líptics (E), des dels més esferoïdals als més el•líptics. L’M49 quedaria probablement en l’E4, però cal tindre en compte que per fer-se una idea de la morfologia d’una galàxia cal contemplar-la en les tres dimensions i, nosaltres, des de la Terra, som forçats veure-la des d’un únic plànol. Les galàxies espirals (S) queden a la dreta, així com les galàxies espirals barrades (SB).

El problema per estimar la distància de les galàxies el•líptiques és que n’hi ha de totes mides, des de les galàxies nanes que, com l’M32, trobem a la perifèria de galàxies espirals, fins a les galàxies gegants que determinen gegantins cúmuls galàctics. En el cas de l’M49 ha ajudat a determinar-ne la distància, la detecció d’una probable supernova el juny del 1969, la 1969Q.

Morfològicament, l’observació del segle XX de l’M49 ha descartat la presència dels raigs esmentats per William Herschel o dels braços proposats per Curtis. Les galàxies el•líptiques, definitivament, no són gaire fotogèniques.

En estimar la distància de l’M49 en uns 60 milions d’anys-llum, hom ha pogut també definir l’existència d’un cúmul de galàxies (el Cúmul de Virgo), en el qual, a més de l’M49, també hi ha l’M60, l’M87 i una multitud de galàxies menors. De fet, amb la descoberta de l’M49, Charles Messier també va descobrir la primera galàxia coneguda del Cúmul de Virgo, per bé que la definició del Cúmul de Virgo es fes esperar gairebé segle i mig a la descoberta de l’M49. En les estructures de gran escala de l’univers, paulatinament elucidades, el Cúmul de Virgo és troba en el centre de masses d’un Cúmul de Cúmul, un Supercúmul, en el qual hi ha també el nostre modest Grup Local. En aquest sentit, les aportacions de Gérard Henri de Vaucouleurs, en els anys 1950, foren fonamentals. Si Shapley (guanyat a la causa de “l’univers de galàxies”) parlava de “metagalàxies” en “Of Stars and Men” (1959), Vaucouleurs s’estimava més el terme “supergalàxia” (1953) o el de “supercúmul” (1958). Val a dir, que la noció d’un Supercúmul Local no s’afermà completament fins ja entrada la dècada dels anys 1980.

En les fotografies, l’M49 apareix com un el•lipsoide de 9 x 7,5 minuts d’arc. Això es correspondria a uns eixos de 160.000 x 130.000 anys-llum. Però un el•lipsoide es descriu a partir de tres eixos, i no podem saber, des de la Terra, com es tradueix la dada bidimensional a una de tridimensional.

L’aspecte de l’M49 és similar a les de radiogalàxies (galàxies amb potents emissions en la franja de les ones de ràdio). No obstant, el nivell de radioemissions és molt baix. Ekers i Kotanyi (1978) determinaren que l’emissió del nucli galàctic seria d’uns 1046 J, un nivell comparable a la d’una galàxia corrent.

En el març del 1996, William E. Harris va compilar un catàleg sobre els cúmuls globulars extragalàctics. Aquest catàleg abasta 73 galàxies, entre elles l’M49. Per a l’M49 s’estima un nombre total de 6.000 cúmuls globulars. Cohen et al. (2003) estudiaren una submostra d’aquests cúmuls globulars (un total de 47) per estimar la metal•licitat dels estels. En dos cúmuls globulars de l’M49 s’ha detectat la presència de possibles forats negres d’origen unistel•lar. Així, Maccarone et al. (2011) postulaven que CXOU~1229410+075744 és, efectivament, una forat negre, amb un pic d’emissió de raigs X de 1031 W de potència, que excedeix el que s’esperari d’un estel de neutrons. En general, els cúmuls globulars més joves, amb estels amb una metal•licitat superior, són els que tenen una tendència més marcada per generar forats negres en el seu interior.

En aquesta imatge de l’M49, es pot veure bé la diferència entre el nucli galàctic i tot l’halo galàctic, poblat per milers de cúmuls globulars. Força dels punts que veiem en la imatge són, en realitat, estels individuals molts més propers, situats en la nostra pròpia galàxia. Però també hi ha en la imatge, algunes galàxies situades molt més enllà del Supercúmul de Virgo.

Poques dades concretes hom pot extreure de l’estructura de l’M49. Si l’analitzem com un únic objecte, la magnitud absoluta és de -22,8, i el tipus espectral integrat és de G7, amb un índex de color de +0,76, la qual cosa indicaria un abundor relativa d’estels grocs. L’M49, malgrat que és possiblement la galàxia més lluminosa del Cúmul de Virgo, no és pas la més massiva, si bé és una de les més extenses.

Halton C. Arp va incloure l’M49 en l’entrada 134 del seu Catàleg de Galàxies Peculiars. Arp definí l’M49 com una “galàxia el•líptica amb fragments propers”. Aquests fragments propers tenen en les fotografies l’aparença d’unes nebulositats difuses, i deuen consistir en minigalàxies irregulars de l’estil del Gran i Petit Núvol de Magalhaes. En el 1994, McNamara et al. analitzaven les interaccions de l’M49, amb una d’aquestes minigalàxies, l’UGC 7636. Irwin i Sarazin (1996) estudiaren la interacció de l’M49 amb el seu entorn intergalàctic.

En el 2001, Loewenstein et al., aprofitant les dades de l’observatori orbital de raigs X Chandra, van estudiar l’M49. Les emissions de raigs X de l’M49 suggerien la presència d’un forat negre supermassiu de 1,12•1039 kg.

L’M49 en xifres

En aquesta imatge, amb l’M49 al centre, podem detectar un punt brillant en la part esquerra de l’el•lipsoide. Aquest punt brillant no és un estel de l’M49 sinó, en realitat, un estel de la nostra galàxia, de magnitud aparent +13, i que ja fou identificat per John Herschel.

L’M49 se’ns apareix com un enorme el•lipsoide. El diàmetre mitjà d’aquest globus lluminós deu ser per la part externa de 850.000 anys-llum (vuit vegades el diàmetre del disc de la nostra Via Làctia). Més enllà del centre més dens, la perifèria mostra una gradació fins a fondre’s, i és difícil de posar-hi el límit. Al volant de l’M49 hi ha una sèrie de galàxies menors, entre les quals destaca l’UGC 7636, que fa unes dimensions de 100.000×20.000 anys-llum. L’M49 és considerablement més grossa. En l’halo de l’M49, hi ha milers i milers de cúmuls globulars. En ells resideixen alguns dels estels més antics de la galàxia. La mitjana d’edat dels estels dels cúmuls globulars és d’uns 10.000 milions d’anys.

El Cúmul de Virgo

Camp de galàxies en un sector entre els límits de les constel•lacions de la Verge i de la Cabellera de Berenice. Els objectes assenyalats són tots part del Cúmul de Virgo.

Apropar-nos a l’M49 és també endinsar-nos en el Cúmul de Virgo. En comparació al nostre Grup Local, o fins i tot als altres cúmuls galàctics que ens hem trobat en el camí, el Cúmul de Virgo és densíssim. En total, podem estimar que n’hi ha 1.500 galàxies en un diàmetre de 14 milions d’anys-llum. Per fer-nos una idea del que suposa això, direm que el nostre Grup Local, amb un diàmetre similar, conté amb prou feines 50 galàxies. Aquestes 1.500 galàxies del Cúmul de Virgo tenen una massa agregada de 2,4•1045 kg. Si la massa del Cúmul de Virgo fos d’1 quilogram, la massa del nostre Grup Local seria d’1 gram. No cal dir gaire res més.

Des de la perifèria de l’M49, si girem els ulls, i contemplem el cel, veiem l’espectacle d’un cel esquitxat de galàxies, de mides i formes diferents. Si Messier hagués nascut en algun dels sistemes planetaris que tenim al voltant, hauria fet, amb els mateixos instruments dels quals va disposar, un catàleg de desenes de milers d’objectes.

Dins del Cúmul de Virgo podem distingir tres regions o subcúmuls. El Subcúmul de Virgo A, el més important, es troba al voltant de la galàxia més massiva de totes, la galàxia espiral gegant M87. El Subcúmul de Virgo B és centrat en l’M49, mentre que el Subcúmul de Virgo C se centra en l’M59.

El Subcúmul de Virgo B és unes deu vegades menys massiu que Virgo A. Com la resta del cúmul, l’estructura la donen les galàxies el•líptiques. És al voltant dels eixos de les galàxies el•liptíques que s’hi disposen les galàxies espirals. De fet, el Cúmul de Virgo es troba en ple procés d’agregació, i Virgo B acabarà per fondre’s amb Virgo A.

L’ambient dins del Cúmul de Virgo és força diferent de l’espai intergalàctic del nostre Grup Local. El medi intergalàctic del Cúmul de Virgo és més dens, més calent (3•107 K) i més emissor de raigs X. El 10% dels estels del Cúmul de Virgo són autèntics estels intergalàctics. No tan sols són estels intergalàctics els que han resultats d’expulsions arran de col•lisions galàctiques, sinó que també hi ha estels que s’han format en les nebuloses intergalàctiques.

El Supercúmul de Virgo

Mapa del Supercúmul de Virgo, centrat en el nostre Grup Local.

L’estructura del nostre univers és el resultat de dues pulsions de signe contrari: les expansives i les contractives. El nostre univers sorgí, per fer servir l’expressió de Fred Hoyle, d’un “Big Bang”. A la inflació originària, li seguí una expansió continuada que, alhora, es veu accelerada per l’energia fosca. Però la força de la gravetat contraresta localment aquesta expansió. Amb els nombres a la mà, i per espectacular que sigui la concentració de galàxies en el Cúmul de Virgo, els nombres no surten. L’espai és, desenganyem-nos, un buit enorme. Enormes espais separen un estel de l’altre (fins i tot en les àrees més denses d’una galàxia), i espais enormes separen una galàxia de l’altra. Una mena de matèria fosca, és la responsable de lligar les estructures galàctiques: galàxies, cúmuls i supercúmuls, filaments i parets.

Si fem una esfera de 1.000 milions d’anys-llum al voltant de la Via Làctia, observem un univers de supercúmuls galàctics, dels quals el Supercúmul de Virgo (el nostre Supercúmul Local) no és pas el més gros.

Centrat en el Cúmul de Virgo, el Supercúmul de Virgo inclou 100 cúmuls i grups galàctics en un diàmetre de 110 milions d’anys-llum. De fet, la major part de les galàxies del Supercúmul determinen un pla (el pla supergalàctic). El grau de concentració de massa és notable. El 98% de totes les galàxies amb magnituds absolutes superiors a -13 es troba en 11 cúmuls: el Grup de Canes, el Cúmul de Virgo, el Grup de Virgo II, el Grup de Leo II, el Grup de Virgo III, el Grup de l’NGC 3672, el Grup de Leo I, el Grup de NGC 2841, el Grup de NGC 5907, el Grup de NGC 2997 i el Grup de NGC 5632. Sí, efectivament, el nostre Grup Local no apareix en aquesta llista dels “top 11”. Dins del Supercúmul de Virgo cal distingir entre els grups situats en el Pla Supergalàctic (amb 1/3 de les galàxies situades en el Cúmul de Virgo, i la resta repartides entre el Grup de Canes, el Grup de Virgo II i el Grup de l’NGC 5643) i elss grups situats en l’Halo Supergalàctic (amb un 94% de galàxies repartides entre els altres set cúmuls del “top 11”).

Malgrat tot, el signes de l’expansió de l’univers ja es noten entre les galàxies del Supercúmul de Virgo. Per exemple, l’M49 s’allunya de la Via Làctia a una velocitat de 929 km•s-1. Hom pot dir, però, que si no fos per l’efecte gravitatori de la matèria fosca aquest valor seria superior.

Però no ens és gaire legítim parlar de les estructures més grans del nostre univers. Al capdavall, entre la Via Làctia i l’M49, no hem fet més que un saltironet de 59 milions d’anys-llum, i això és massa poc per conèixer la dinàmica que hi ha entre el nostre Supercúmul i els Supercúmuls veïns.

Tagged with:
Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: