Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M53, un cúmul globular en la perifèria de l’halo galàctic

La cinquanta-tresena etapa del nostre periple ens condueix al reialme de l’halo galàctic de la Via Làctia, concretament a un dels cúmuls globulars situats a major distància del centre, l’M53. Per arribar-hi, sortint-hi del cúmul irregular obert de l’M52, hem de creuar un trajecte de 59.000 anys-llum (18 kiloparsecs; 5,6•1020 m). Ens hem d’allunyar del pla galàctic i endinsar-nos en l’hemisferi nord de l’halo. Finalment, arribem a l’M53, quedant a una distància del centre galàctic de 60.000 anys-llum (hem més que duplicat la distància que teníem en l’M52, que era de 29.000 anys-llum). Si girem la vista enrera contemplem la cara nord de la Via Làctia gairebé des de la perpendicularitat (la nostra distància mínima al pla galàctic és de 57.000 anys-llum, apuntant a una regió del bulb galàctic). La nostra distància a la Terra s’ha duplicat, quedant-nos a un valor de 58.000 anys-llum. Els observadors de la Terra, és clar, mancats de profunditat, valoraran el trajecte en termes constel•lacionals: haurem sortit de Cassiopeia, creuat Cefeu i la Sargantana, el Cigne i la Lira, Hèrcules, la Serp i el Bover i assolit la Cabellera de Berenice.

Els cúmuls globulars són una bola d’estels. Estels antics expulsats del pla galàctic, la condensació dels seus centres és producte de la interacció gravitatòria.

El coneixement de l’M53

Amb una magnitud aparent de +8,3, l’M53 és un objecte exclusivament telescòpic. La primera referència coneguda és de Johann Elert Bode. En aquella època, Bode, de 28 anys, ja era força conegut en mitjans astronòmics com l’autor del “Anleitung zur Kenntniss des gestirnten Himmels” (la primera edició del qual fou publicada en el 1768) i com a editor del “Astronomisches Jahrbuch” (el primer volum del qual havia aparegut en el 1774). Era interessat i bon coneixedor del fenomen de les “nebuloses fixes”. Així ens parla de la descoberta de l’objecte:

El 3 de febrer del 1775, ben de matinada, vaig descobrir una nebulosa al nord de l’estel Èpsilon o Vindemiatrix de l’ala nord de la Verge, a un 1º a l’estel de l’estel 42 Comae Berenices [Alpha Comae Berenices], i que apareix a través del telescopi d’una forma força vívida i amb una figura rodona.

Bode inclou aquest objecte en el seu catàleg, en l’entrada 26 (“una nebulosa força conspícua”), i la complementa amb un dibuix de la posició relativa de la nebulosa respecte 42 Comae Berenices i d’altres petits estels no catalogats. Bode calcula les distàncies relatives entre els estels i la nebulosa amb la idea de presentar una referència per a futurs còmputs de moviment propi.

La infantesa de Johann Elert Bode quedà marcada per afecció a la vista que li afectà sobretot un dels ulls, però sense deixar-ne intacte tampoc l’altre. Malgrat aquesta dificultat, Bode va obrir-se camí en l’astronomia, i en 1786 seria nomenat director de l’observatori de Berlín.

Charles Messier, però, sembla haver ignorat la feina de Bode en confegir el seu propi catàleg de cúmuls estel•lars i nebuloses. Així, doncs, el 26 de febrer del 1777, Messier escriu:

Descoberta una nebulosa sense estels per sota i prop de la Cabellera de Berenice, a poca distància de l’estel 42, segons Flamsteed, d’aquesta constel•lació. Aquesta nebulosa és rodona i conspícua.

Potser la coincidència d’epítets i la mateixa referència a “42 Comae Berenices” (per comptes del sinònim “Alpha Comae Bereniuces”) com a estel per calcular la posició (que Messier estima en una ascensió recta de 195º30’26’’ i una declinació nord de 19º22’44’’) ens pot semblar sospitosa.

La constel•lació de la Cabellera de Berenice té una història curiosa. Berenice, filla dels reis macedonis de Cirene, era la dona del rei Ptolomeu Euergetes d’Egipte, amb qui es casà l’any 243 a.C. A poc de casats, Ptolomeu marxà a la guerra contra l’Imperi Selèucida, mentre Berenice jurà a la dea Afrodita de sacrificar-li la seua llarga i rossa cabellera si el seu marit tornava sa i estalvi del conflicte. En conseqüència, Berenice es tallà els cabells i els diposità en el temple d’Afrotida. L’endemà, els cabells havien desaparegut. A palau esclatà la indignació pel robatori, però l’astrònom àulic, Conó de Samos, afirmà que la pròpia dea havia pres l’ofrena i l’havia colgada en el cel. Indicà els estels corresponents a la cabellera, situats prop del Lleó. La pensada de Conó pot haver derivat del fet que aquests estels es consideraven la tofa de la cua del Lleó. En altres autors posteriors, els estels reben també el nom de Cabellera d’Ariadna. Normalment, la constel•lació de la Cabellera de Berenice no era reconeguda com a tal, però sí la inclouen en els seus mapes astrònoms com Caspar Vopel (1536), Gerard Mercator (1551), Tycho Brahe (1602) i Johann Bayer (1603).

El Cometa del 1779, en una part del seu trajecte s’apropà a aquesta regió del cel. Messier va poder comparar directament els dos objectes. De fet, la carta del Cometa del 1779 que Messier va publicar en les Memòries de l’Acadèmia Francesa de Ciències inclou també la posició de l’M53.

El 13 d’abril del 1781, Messier fa una nova observació de l’M53. Compara l’objecte amb “la nebulosa que hi ha sota la Llebre” (l’M79). La comparació és justificada. Totes dues li semblen una “nebulosa sense estels” i tenen magnituds aparents similars. De fet, tots dos objectes són realment cúmuls globulars tancats situats a gran distància.

William Herschel va observar l’objecte en el 1783, amb els telescopis de 7 i 10 peus de longitud focal. Amb el primer telescopi, malgrat un augment de x460, l’objecte li apareix com “extremadament feble”. Però amb el segon telescopi, ja a un augment de x250, és capaç de “percebre 4 o 5 llocs que semblen consistir en estels ben petits”.

Aquesta opinió, Herschel la refermerà el 1784, amb observacions fetes amb un telescopi de 20 peus. Ara sí, el defineix com un “cúmul globular d’estels molt comprimits”:

Cúmul d’estels ben propers, és un dels objectes més bells que recordo haver vist en els cels. Aquest cúmul apareix sota la forma d’una bola sòlida, que consisteix en estels petits, força comprimits fins a constituir un esclat de llum, amb un gran nombre d’estels més deslligats que l’envolten, i que són distintament visibles de la massa general.

Dibuix de Jaakko Saloranta de l’M53, treta amb un augment de x127. Més enllà d’un grapadet d’estels, la massa del cúmul es presenta com una bola de llum indiferenciada.

Amb les observacions fetes amb el telescopi de 7 peus, William Herschel calcula la “profunditat del cúmul” en un ordre de 243 (és a dir, que el cúmul es trobaria a una distància 243 vegades superior a la d’un estel de magnitud +1 típic). En el 1814, Herschel compara l’M53 amb el també cúmul globular M19, i diu que el caràcter d’aquests dos objectes com a cúmuls globulars seria completament nítid amb instruments més poderosos. Herschel també diu que “és obví que ací l’exercici d’una força agregadora ha comportat l’acumulació i construcció artificial d’aquests objectes celestials meravellosos fins al grau més alt de perfecció misteriosa”. Tot i que l’us dels adjectius “artificial” i “misteriosa” poden suggerir alguna idea d’origen “deliberat” d’aquests objectes, sembla que en realitat Herschel únicament vol remarcar l’alta concentració estel•lar que presenten aquests objectes.

En el catàleg del 1833, John Herschel situa l’M53 en l’entrada 1558, d’acord amb diverses observacions:
– 6 de maig del 1826. Amb unes coordenades d’ascensió recta de 13h04m32,3s i una distància al pol nord de 70º55’26’’, seria un cúmul altament comprimit de la màxima bellesa. Estels molts petits, de magnituds +12 a +20, amb estels escampats fins a una distància considerable. De forma irregularment rodona, però no globular. Arriba a fondre’s en el centre, la qual cosa indica una massa rodona de densitat força homogènia.
– 7 de maig del 1826: Extremadament comprimit. Un objecte bellíssim.
– 23 de març del 1827: Una massa d’estels apilonats en un diàmetre aparent de 5 minuts d’arc. N’hi ha uns pocs de magnitud +12, la resta són d’una mida inferior i innumerable.
– 24 de març del 1827: observació feta juntament amb Francis Baily.
– 25 de març del 1827: Cúmul elegant i comprimit, amb apèndixs curvats com els d’un cranc.
– 17 de març del 1831: un cúmul bellíssim.

Un objecte com l’M53 és definit com un cúmul d’estels tancat i globular. És tancat pel fet que els seus límits són ben definits, i globular per la distribució esfèrica relativament homogènia dels estels que són membres, amb una densitat que decreix amb la distància al centre. Tot i així, termes com “tancat” i “globular” no són termes absoluts. No hi ha cap frontera absolutament nítida que indica el diàmetre exacte del cúmul. La forma globular, d’altra banda, és realment el•lipsoïdal, i fins i tot d’el•lipsoide aproximat, amb desviacions de la forma ideal.

William Henry Smyth, en el catàleg de Bedford (1836), posa l’M53 en l’entrada 474 del catàleg, assignat a la constel•lació de la Cabellera de Berenice, amb una posició d’ascensió recta de 13h05m03s i una declinació nord de 19º01’18’’:

Un cúmul globular, entre les trenes de Berenice i la mà esquerra de la Verge, amb un parell groller d’estels telescòpics en el quadrant SE, i un de sol en el quadrant SO. És una massa brillant d’estels menuts, de magnituds +11 a +15, i des d’ací en corrents de pols estel•lar, amb estels escampats cap al NO, i límits ben difosos. Per la lluïsor en el centre és evidentment una bola altament comprimida d’estels, una agregació tan densa i compacta que queda amagada als nostres sentits imperfectes

Com és habitual, l’almirall Smyth aprofita per fer la lloança al Creador:

La contemplació d’un objecte tan bell no pot més que posar-nos la imaginació en funcionament, encara que la ment pot perdre’s aviat astorada davant les disposicions estel•lars del gran Creador i Mantenidor. Així, raonant per analogia, aquests globus comprimits d’estels confonen les conjectures sobre models en els quals s’impedeix que atraccions mútues provoquin la destrucció universal del llur sistema. Sir John Herschel pensa que no es pot propagar cap pressió a través d’un cúmul d’estels discrets, de la qual cosa se segueix que la permanència de forma s’ha de mantindre a través d’una manera completament diferent de la que suggereixen els nostres raonaments.

Ja més pràctic, Smyth ofereix les línies d’orientació per topar amb l’M53:

Una línia a través de Delta i Èpsilon Virginis, cap al nord, que es trobi amb una altra que vagi d’Arcturus a Eta Bootis, s’uneixen en aquest meravellós ensamblatge. També se’l pot trobar fàcilment a 1º al NE de 42 Comae Berenices.

El Catàleg General de John Herschel col•loca l’M53 en l’entrada 3453, amb la següent descripció: “remarcable; cúmul globular; brillant; molt comprimit; irregularment rodó; molt més brillant cap al centre; estels de magnitud +12 i més febles”.

El Nou Catàleg General de John Dreyer situa l’M53 en l’entrada 5024.

Heber Curtis, en el seu catàleg fotogràfic de nebuloses i cúmuls estel•lars, avalua el diàmetre aparent de l’M53 en 10 minuts d’arc.

Harlow Shapley classificà l’M53 en la classe V, és a dir, dins dels cúmuls globulars no fortament concentrats en el centre.

El coneixement de l’M53 s’ha vist afavorit pel fet que conté una població notable d’estels variables RR Lyrae. En total, se’n coneixen 47 estels d’aquest tipus. Els variables RR Lyrae són estels que han sortit de la seqüència principal per entrar en la branca horitzontal del desenvolupament estel•lar i tenen com a font d’energia la fusió d’heli. Com que el període de pulsació d’un variable RR Lyrae depèn bàsicament de la massa, lluminositat i temperatura, es fa possible emprar-los com una “candela estàndard”. És així com s’ha pogut calcular amb relativa seguretat la distància de l’M53.

L’M53 en xifres

Imatge del telescopi orbital Hubble de la regió central de l’M53. L’amplada de la imatge es correspon a uns 60 anys-llum. El nucli central és de 30 anys-llum de diàmetre, si bé el diàmetre global és de 220 anys-llum.

Efectivament, amb una distància al centre galàctic de 60.000 anys-llum, l’M53 és un dels cúmuls globulars més perifèrics de la Via Làctia. Com que, a més, es troba a una alta latitud galàctica, la situació de desemparament és més forta. Però els cúmuls globulars segueixen una òrbita, i l’M53 tendeix a apropar-se de nou al pla galàctic. Això explica l’alta velocitat radial que se n’ha calculat des de la Terra (112 km•s-1).

També és un cúmul globular francament gros. El diàmetre mitjà de tot el cúmul és d’uns 220 anys-llum, si bé la majoria d’estels ens concentren en un volum més reduït, cap al centre. El nucli tindria uns 30 anys-llum de diàmetre. En comparació amb altres cúmuls globulars que hem visitat, l’M53 no mostra un grau elevat de concentració central. Alhora, també en la perifèria la densitat decau gradualment.

El tipus espectral global de l’M53 és d’F6. Els estels més brillants són gegants vermells, que arriben a una magnitud absoluta de -2,45. Tots els components són estels de la Població II, és a dir de la primera generació d’estels de la galàxia, tal com s’esdevé amb la pràctica totalitat dels cúmuls globulars. Són estels, en conseqüència, pobres en metalls (és a dir, en elements diferent de l’hidrogen i de l’heli). Els de l’M53 són potser dels estels més antics de la Població II (amb una edat mitjana de 12.670 milions d’anys), expel•lits del pla galàctic en una data remota.

La distribució dels cúmuls globulars per l’halo galàctic és força aleatòria, però decreix amb la distància al centre galàctic. Per això pot sorprendre tindre a tan sols uns milers d’anys-llum de distància un altre cúmul globular com és l’NGC 5053. En comparació amb l’M53, l’NGC 5053 té un aspecte més destarotat, amb un menor nombre d’estels i amb poca condensació central. Aquestes diferències morfològiques indiquen un diferent historial orbital. Segurament, l’NGC 5053 té una òrbita que el fa creuar el pla galàctic per regions més denses que no pas l’M53, i això comporta desagregacions.

L’M53, doncs, ens sembla una espècie de microgalàxia, un cúmul de milers i milers d’estels, ben allunyat del pla galàctic, i cohesionat per la força gravitatòria de l’acumulació d’estels. A nosaltres, nascuts a la vora d’un estels inserit en el pla galàctic, ens pot semblar un entorn estrany, però de fet potser hi ha més estels situats fora de les galàxies (estels intergalàctics) que a dins. L’espai intergalàctic és immens, i ací i allà hi ha estels que, aplegats, constitueixen un bon nombre d’astres. Hi ha cúmuls globulars que no es poden assignar a cap galàxia. No és el cas de l’M53, és clar. Cada segon avança 100 quilòmetres més cap al pla de la Via Làctia. En qüestió de desenes de milions d’anys hi arribarà, i passarà llavors a l’halo sud. Al llarg de la seva història, l’M50 haurà fet potser desenes i desenes de voltes al centre galàctic.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: