Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M51, la Galàxia del Remolí

Malgrat que l’anterior etapa intergalàctica ens va retornar a la Via Làctia, per visitar un cúmul estel•lar obert, l’M50, ara hem de fer, de nou, un trajecte intergalàctic. El nostre destí és l’M51, una galàxia espiral situada en un dels grups galàctics del nostre Supercúmul Local (el Supercúmul de Virgo). Per arribar-hi haurem de recórrer 23 milions d’anys-llum (7,1 megaparsecs; 2,2•1023 m). És menor distància que la que hem recorregut, d’anada i tornada, en el viatge a a l’M49. A diferència de l’M49, que és situada en el Cúmul de Virgo, l’M51 pertany a un grup de cúmuls que queden a mig camí entre el Grup Local i el Cúmul de Virgo. Per arribar-hi hem de sortir per la cara nord del disc de la Via Làctia. També ens hem de desplaçar cap al nord en relació al pla supergalàctic (el pla format per la distribució principal de galàxies del Supercúmul Local). Ens atansem a l’M51 des de una perpendicular al pla galàctic, la qual cosa ens permet contemplar tota la magnificiència d’aquesta galàxia espiral. Els observadors de la Terra també hauran contemplat un viatge considerable del nostre senyal en les constel•lacions. Sortim de l’Unicorn, creuem entre les constel•lacions de la Serp d’Aigua, del Cranc i del Lleó, per continuar entre les potes de l’Óssa Major, i aterrar entre els Gossos de Caça, no gaire lluny de la cua de la pròpia Óssa.

L’M51 és, en realitat, una galàxia doble, formada per l’M51A, una galàxia espiral, i l’M51B, una galàxia nana

Descoberta i reconeixement de l’M51

En la tardor de 1773, Charles Messier, de 43 anys, va descobrir el seu setè cometa. En seguia la trajectòria ajudat amb el seu telescopi de 3,5 peus de longitud focal. Fou mentre feia aquesta tasca que, el 13 d’octubre, va topar amb una nebulosa molt feble, “prop de l’ull del Gos de Caça del Nord, per sota de l’estel Eta Ursa Majoris, de magnitud +2, el de la cua de l’Óssa Major”. La nebulosa es veia amb dificultat amb aquest telescopi. Amb un de més potent, Messier és capaç de dictaminar que es tracta d’una “nebulosa sense estels”. L’estel de magnitud +8 que hi ha prop, segons el propi Messier, no té a veure amb l’objecte.

El 5 de gener del 1774, Johann Elert Bode observa el mateix objecte (“una petita nebulosa”) i l’inclou en el seu catàleg propi, en l’entrada 25:

Vaig trobar al sud del darrer estel (Eta Ursa Majoris) de la cua de l’Óssa Major, o en el coll d’Asterió, a l’oest i dins d’un triangle amb els estels 23 Canis Venaticorum i 24 Canis Venaticorum, una petita taca nebulosa, feblement il•luminada, d’una forma lleugerament oblonga. Tan sols era visible amb el telescopi de 7 peus de longitud focal, i forma un trapeci amb 3 petits estels que hi ha a l’oest, la separació amb els quals la vaig mesurar amb l’heliòmetre.

L’11 de gener, de forma independent, Messier estima la posició de l’objecte: ascensió recta de 200º05’48’’ i declinació nord de 48º24’24’’. L’objecte fou consignat en la Carta del Cometa del 1773, que fou publicada en la placa III del volum del 1774 de la Memòria de l’Acadèmia Francesa de Ciències.

Fou pocs mesos després que Messier entrà en contacte amb Pierre Méchain, catorze anys més jove. Méchain, natural de Laon, havia estat col•laborador de l’astrònom Joseph Jérôme Lalande, a través del qual havia conseguit una posició en el Dipòsit Cartogràfic Naval de Versailles. Al llarg dels anys posteriors, Messier i Méchain feren diferents observacions de l’objecte, que acabaria catalogat com el 51 de la llista de Messier, en l’ampliació feta en 1780.

El 21 de març del 1781, Méchain observa detingudament l’objecte, i en fa un dibuix. En el dibuix també inclou l’estel de magnitud +8 referit per Messier, però alhora retrata el caràcter doble de l’M51. Més tard, Messier, a partir d’aquest dibuix, diria que l’M51 “és doble, amb dos centres brillants, separats l’un de l’altre per 4’53’’ de distància angular” i que “les dues atmosferes es toquen, si bé una és molt més feble que l’altra”. Malgrat el caràcter doble, ni Messier ni Méchain discutiren el caràcter únic de l’objecte i per tant mantingueren la mateixa entrada en el catàleg.

El 17 de setembre del 1783, William Herschel observa l’objecte amb un telescopi de 7 peus i a un augment de x57. Això és el que diu:

Dues nebuloses plegades, totes dues sospitoses d’ésser formades per estels. De la més septentrional [la més petita], amb prou feines en tinc cap dubte. Amb un augment x150, la sospita esdevé gairebé una certesa, que caldrà confirmar amb el telescopi de 20 peus.

Tres dies després, el 20, William Herschel fa l’observació amb aquest darrer telescopi, amb un augment de x200:

L’objecte és molt difícil de resoldre, si bé no en tinc dubte quant a la natura estel•lar. En la nebulosa austral [la més grossa], vaig veure diversos estels en diverses entrellucades, i en la més septentrional també tres o quatre en la part més densa, si bé mai d’una manera molt distinta.

No obstant, el mateix Herschel diu que les condicions meteorològiques de visibilitat són molt dolentes.

En el 1784, Herschel publicava un article en el Philosophical Transactions, en el qual esmenta una llista de 29 objectes de la llista de Messier que l’astrònom francès havia anotat com a “nebuloses sense estel”, però que Herschel havia demostrat que consistien precisament en cúmuls estel•lars o, si més no, en nebuloses que contenien estels. Aquest comentari indica que Herschel considera aquests 29 objectes, entre els quals cita l’M51, com mers “cúmul estel•lars”.

El 12 de maig del 1787 fa una nova observació d’aquest objecte. En realitat, ja el considera, més que un objecte doble, dos objectes diferents. De l’objecte més gros en diu això:

És un objecte brillant i molt poc comú, amb una nebulositat en el centre amb un nucli envoltat d’una nebulositat escampada en forma de cercle, amb desigual lluïsor en tres o quatre llocs, la qual cosa constitueix un objecte ben curiós.

Quant a l’objecte més petit, Herschel opta per catalogar-lo de manera independent (I. 186), assenyalant que és brillant, rodó, petit i molt gradualment més brillant cap al centre. Avalua la distància a l’M51 pròpiament dit en 3 minuts d’arc en direcció NO.

El 29 d’abril del 1788, fa també un doble comentari:
– de l’M51 pròpiament dit, diu: “molt brillant, gran, envoltat d’una bella glòria de nebulositat lletosa amb interrupcions ací i allà que semblen creuar la glòria des d’una distància.
– de l’I 186, considerablement brillant, molt gran, un poc ellongat, a uns 3 minuts d’arc a l’oest de l’M51 i 2 minuts d’arc més al nord).

En el catàleg del 1833, John Herschel contempla l’objecte major sota l’entrada 1622, d’acord amb les següents observacions:
– 17 de març del 1828: molt brillant, estès; molt gradualment més brillant cap al centre. Aquesta observació, es fa en un cel ennuvolat.
– el 20 de març de 1828: Un objecte ben astorador.
– 26 d’abril del 1830: Un nucli molt brillant i rodó envoltat a certa distància per un anell nebulós.
– 27 d’abril del 1830: coordenades d’ascensió recta de 13h22m43,8s i distància al pol nord de 41º57’28’’.
– 13 de maig del 1830: Un nucli i un anell doble o dividit.
– 7 de març del 1831: Localització del nucli: ascensió recta de 13h22m40,0s i distància al pol nord de 41º55’36’’. Els anells amb prou feines es discerneixen.

D’altra banda, l’objecte menor (l’M51B), en aquest catàleg, apareix en l’entrada 1623.

Herschel fill, doncs, té la capacitat de discernir un tret estructural bàsic de l’objecte: el nucli (el centre galàctic) i dos anells concèntrics (els braços espirals). És simptomàtic aquest comentari:

Aquesta estructura és una de les característiques més remarcables i interessants. Si suposem que consisteix en estels, l’aparença que presentaria a un espectador situat en un planeta que n’orbités un, situa excèntricament cap al NE de la massa central, seria exactament similar a la de la nostra Via Làctia, creuant d’una manera precisament anàloga el firmament amb estels grans, en els quals es projectaria el cúmul central, i (degut a la distància) semblaria consistir en estels molt més petits que els d’altres parts del cel. Pot ésser, doncs, que tenim ací un sistema germà que presenta una similitud física real i una forta analogia estructural amb el nostre? Si no fos per la subdivisió de l’anell, l’analogia més òbvia seria amb la del sistema de Saturn, i la idea de Laplace quant a la formació d’aquell sistema seria poderosament reivindicada per aquest objecte. Però és evident que tota idea de simetria provocada per la rotació en un eix s’ha d’abandonar, quan considerem que la forma el•líptica de la porció subdividida interior indica amb un probabilitat extrema una elevació d’aquesta porció per damunt del pla de la resta, de manera que la forma real ha d’ésser la d’un anell tallat per la meitat de la circumferència, i amb cada porció col•locada a un angle de 45º respecte el pla de l’altre.

Herschel, com altres autors anteriors, no descarta la idea que algunes de les nebuloses siguin objectes anàlegs a la galàxia de la Via Làctia, idea que només es demostrarà ja entrat el segle XX.

Posició de l’M51 respecte les constel•lacions dels Gossos de Caça i del Carro o Óssa Major.

Smyth inclou l’M51 (tant l’M51A com l’M51B) en el seu catàleg en l’entrada 485, a partir d’observacions fetes pels volts de setembre del 1836. Dóna com a coordenades una ascensió recta de 13h23m06s i una declinació nord de 48º01’42’’, assignada a la constel•lació dels Gossos de Caça. Aquest és el comentari que en fa:

Un parell de nebuloses d’un blanc lúcid, cadascuna amb un nucli aparent, amb les nebulositats encreuades l’una amb l’altra, com si es trobessin sota la influència d’una força condensadora. Són a prop de l’orella d’Asterió, el gos del nord; i la nebulosa més petita, la de més al nord, en tindre el nucli més brillant, es diferencia amb el micròmetre de fil; es troben a 3º al SO d’Alkaid [Eta Ursa Majoris], amb un lloc indicat per una línia que va des de Dubhe [Alpha Ursa Majoris] a través de Megrez [Delta Ursae Majoris], estesa gairebé el doble d’aquesta distància cap al SE. Hi ha tres estels telescòpics a llevant, i un estel de magnitud +7 tan darrera llur com ells ho són de les nebuloses, però la part de ponent del camp és força clara.

És normal que Smyth se senti interpel•lat per aquesta doble nebulosa i esclati poèticament:

Tenim doncs un objecte que presenta una demostració colpidora de les energies incontrolables de l’Omnipotència, la contemplació del qual obliga raó i admistració a retre’s a la meravella. En el límit més allunyat de l’abast telescòpic, percebem un univers estel•lar similar al qual pertanyem, les vastes amplituds del qual sens dubte són poblades per nombre incomptables d’ésser perceptius; ja que aquests bells móns no es poden considerar meres masses de matèria inerta. I és interessant conèixer que, si hi hagués existència intel•ligent, un astrònom que contemplés el nostre distant univers, el veuria, amb un bon telescopi, precisament sota l’aspecte lateral que el llur ens presenta. Però, després de tot, què hi veiem? Tant aquest meravellós univers, el nostre, i tot allò que l’ajut òptic ens ha revelat, poden ésser tan sols la perifèria d’un cúmul immensament més nombrós. El milions de sols que percebem no poden comprendre l’Univers del Creador. No hi ha límits a la infinitud; i les idees més sòlides de Herschel pare tan sols ens col•locaven en un pla el radi del qual és 35.000 vegades superior a la distància de Sírius de nosaltres. Bé podia dir Laplace en morir que “ço que sabem és poc; ço que no sabem és immens”.

En els anys 1830, Smyth, doncs, parla d’un univers d’universos, és a dir de l’univers de galàxies que es confirmaria empíricament prop d’un segle més tard.

Dibuix de Lord Rosse de l’M51, que data del 1845. Els anells descrits per John Herschel ja apareixen aquí com a espirals. Aquesta morfologia justificarà el nom de “Galàxia del Remolí” entre els astrònoms posteriors. De fet, és l’exemple més clar per als astrònoms aficionats d’una galàxia espiral en el nostre cel.

Lord Rosse és el primer en reconèixer l’estructura espiral de l’M51, i per això també se la coneix com la “Galàxia de Rosse”. En un article publicat al Philosophical Transactions del 1844, Lord Rosse testimonia el caràcter d’agregat estel•lar de l’objecte. La primavera del 1845 ja detecta la disposició espiral. Entre 1849 i 1850, ajudat de Johnstone Stoney, fa un complet estudi morfològic de l’objecte, que serà publicat també al Philosophical Transactions. L’M51 fou la primera nebulosa espiral descrita com a tal.

En el Catàleg General de John Herschel es recullen les aportacions gràfiques i astromètriques de Lord Rosse quant a l’M51A, que apareix en l’entrada 3572 (“magnífic; nucli i anell segons Herschel; espiral segons Rosse). Per la seva banda, l’M51B apareix en l’entrada 3574 (“brillant, força petita, molt gradualment més brillant cap al mig”).

Otto Struve (1819-1905) constata que “les nostres observacions no acusen cap canvi en la posició relativa dels dos caps [els nuclis de l’M51A i de l’M51B] en l’interval de 13 anys”.

William Huggins, en 1866, publicava un article sobre observacions espectroscòpiques de diverses nebuloses, entre elles l’M51. Huggins comenta que “tots dos centres brillants [els nuclis de l’M51A i de l’M51B] mostren un espectre continu, i tinc la sospita que algunes parts de l’espectre eren anormalment brillants en relació a unes altres.”.

John Dreyer incorpora l’M51A en el Nou Catàleg General en l’entrada 5194, mentre a l’M51B li correspon l’entrada 5195. Dreyer té present molt especialment els dibuixos de Lassell i Vogel.

Des del telescopi reflector Crossley, en el Lick Observatory, Heber Curtis fa el següent comentari sobre l’M51: “La bella espiral M51 dels Gossos de Caça, incloent material ben tènue al nord de l’NGC 5194 [M51A], amb prou feines visible en cap de les nombroses reproduccions publicades, cobreix un àrea de 12×6 minuts d’arc, en una orientació a 30º. S’hi veu un fort nucli estel•lar en NGC 5194, i els braços mostren una multitud de condensacions estel•lars. La nebulosa satèl•lit, NGC 5195 [M51B] té un nucli brillant i elongat; la seua nebulositat és d’un tipus més difús, sense una estructura espiral discernible, i amb diverses esquerdes que suggereixen efectes d’absorció.

Els estudis posteriors determinaran ja el caràcter galàctic de les nebuloses espirals, inclosa l’M51.

El Catàleg de Galàxies Peculiars de Halton Arp inclou l’M51 en l’entrada 85, amb la definició de “galàxia espiral com un company gran d’alta lluminositat superficial”. Val a dir que, fins a l’adveniment de l’era radioastronòmic, hom no va poder demostrar que l’M51A i l’M51B són autèntiques galàxies interactuants, i no un mer doble òptic.

El 28 de juny del 2005, Wolfgang Kloehr, amb un reflector de 8 polsades, descobria la supernova catalogada com a SN 2005cs. L’estel va assolir una magnitud aparent màxima de +14. La supernova, de tipus II, ha ajudat a determinar millor la distància exacta de l’M51 respecte de la Terra.

El 31 de maig del 2011, s’hi detectà una supernova de tipus II, que arribà a una magnitud de +12,1 el 19 de juny. L’objecte fou reportat de manera independent per Tom Reiland, Thomas Griga, Amédée Riou i Stephane Lamotte Bailey. Gràcies a les imatges del telescopi Hubble fou possible identificar en fotografies anteriors, l’estel gegant groc que hauria precedit la supernova.

A banda de les supernoves del 2005 (SN2005cs) i del 2011 (SN2011dh), el 1994 se n’havia detectat una altra (SN1994I). Això vol dir tres supernoves en 17 anys, cosa que contrasta amb la freqüència habitual de supernoves en una galàxia com l’M51A (1 supernova cada 40 anys). Per comparació, de l’M51B, només es coneix una supernova (SN1945A), detectada el 6 d’abril del 1945 per Milton L. Humason.

L’M51 és un objecte freqüent de recerques sobre l’estructura de les galàxies espirals i sobre interaccions galàctiques (per les relacions entre l’M51A i l’M51B).

L’M51 en xifres

El diàmetre del disc de l’M51A és de 86.000 anys-llum, un xic inferior al de la nostra galàxia. La massa de l’M51A és de 3,2•1041 kg, gairebé vuit vegades inferior a la Via Làctia.

Astrofotografia del Hubble feta el 8 de juny del 1992, que mostra un detall del nucli de l’M51A. La creu indica la presència de dos anells de pols, en l’interior dels quals hi hauria un forat negre.

L’M51A ens és l’espiral per antonomàsia, però val a dir que, si veiem tan marcats els braços, és justament per l’acció que deriva de la interacció amb l’M51B. Aquesta interacció va començar fa uns 500 milions d’anys, quan l’M51B va creuar el disc de l’M51A; després, fa uns 50-100 milions, va haver un nou creuament. Aquestes oscil·lacions, naturalment, tenen un límit i, finalment, l’M51B serà absorbida en l’estructura de l’M51A.

Dues imatges del telescopi orbital Hubble. A l’esquerra, tenim una imatge en la banda de la llum visible, en la qual destaquen els blaus dels cúmuls estel•lars i els roses de les regions astrogèniques. A la dreta tenim una imatge en l’infravermell proper, que revela la disposició de la pols interestel•lar.

La taxa astrogènica de l’M51 és la pròpia de les galàxies espirals, com mostra el fet que la massa de nous estels és un 1% de la massa total de gas astrogènic. No obstant, se suposa que un futur proper (uns 100 milions d’anys) aquest valor començarà a decaure, ja que en part és estimulat pels efectes gravitatoris de l’M51B.

L’M51B té un aspecte de galàxia lenticular, encara que força distorsionada, de manera que tendeix a esdevindre una galàxia irregular. Originàriament, podria haver estat una galàxia espiral.

El Grup de Galàxies de l’M51

En aquesta regió del Supercúmul Local es fa difícil de destriar els límits dels diferents grups galàctics. No tenim l’alta densitat del Cúmul de Virgo però tampoc una densitat tan baixa com en la perifèria del disc supergalàctic (on es troba el nostre Grup Local). Així doncs, hom parla dels “Grups de Canes”, per incloure diferents grups galàctics com el Grup de l’M101 i el Grup de l’NGC 5866. Un tercer component seria el Grup de l’M51, on just ens trobem ara.

L’M51A és la galàxia més brillant del Grup. La segueix de prop l’M63, una altra galàxia espiral. La tercera galàxia en lluminositat ja és l’M51B. Per darrere queden galàxies, com l’NGC 5023 (galàxia espiral), l’NGC 5229 (galàxia espiral barrada), l’UGC 8313 (galàxia espiral barrada) i l’UGC 8331 (galàxia irregular).

Arxivat a Ciència i Tecnologia
One comment on “Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M51, la Galàxia del Remolí

Els comentaris estan tancats.

%d bloggers like this: