Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M54, un cúmul globular de la Galàxia El·líptica Nana de Sagitari

Fins ara ens ha estat relativament fàacil diferenciar els viatges intragalàctics dels viatges intergalàctics. Però en aquesta etapa la cosa serà una miqueta complexa. Efectivament, volem anar de l’M53, un cúmul globular força perifèric de la Via Làctia, a un cúmul globular, l’M54, encara més perifèric. Tan perifèric que, de fet, l’M54 s’ha d’entendre més com un cúmul globular d’una altra galàxia, la Galàxia El•líptica Nana de Sagitari (SagDEG) que no pas com un cúmul globular de la Via Làctia. Val a dir que SagDEG es pot entendre com una de les minigalàxies associades a la Via Làctia. Fos com fos i, sense entrar en més detalls, el viatge de l’M53 a l’M54 ens suposa haver de recórrer 109.000 anys-llum (33,4 kiloparsecs; 1,03•1021 m). Sortim de l’M53, situada en la regió nord de l’halo de la Via Làctia, per apropar-nos al pla galàctic, que creuem, i ens endinsem en la regió sud de l’halo de la Via Làctia, ja ben allunyats de l’eix central de la galàxia, en l’esfera d’influència de SagDEG. El nostre destí, l’M54 es troba a relativament a prop del centre d’aquesta galàxia el•líptica, i a uns 61.700 anys-llum de distància del centre de la Via Làctia. En aquest darrer sentit, únicament ens hem allunyat uns 1.700 anys-llum del centre de la nostra galàxia. De fet, ara el pla de la Via Làctia (per bé que des de la cara sud), ens queda a una distància de 21.000 anys-llum (menys de la meitat de la distància que hi havia des de l’M53). En canvi, ens allunyat força més del Sistema Solar, ja que passem a una distància de 87.400 anys-llum (l’hem augmentada en gairebé 30.000 anys-llum). Els nostres seguidors de la Terra hauran vist que hem fet un trajecte gairebé zodiacal (una mica per damunt de l’eclíptica), des de la Cabellera de Berenice-la Verge fins a Sagitari, tot passant per les Balances i el Serpentari.

La descoberta de l’M54

El primer report conegut d’aquest objecte és del propi Messier que, el 24 de juliol del 1778, fa aquesta anotació:

Nebulosa molt feble, descoberta a Sagitari. El seu centre és brillant i no conté cap estel quan se l’observa amb un telescopi acromàtic de 3,5 peus de longitu focal. La seva posició (ascensió recta de 280º12’55’’ i declinació sud de 30º44’01’’) s’ha determinada a partir de Zeta Sagittarii, estel de magnitud +3

Mapa de la constel•lació del Sagitari. Els estels principals de la constel•lació conformen una espècie de tetera. L’M54 queda prop de l’estel que marca la base de la nansa, Zeta Sagittarii.

El 24 de juny del 1784, William Herschel observa l’M54, i anota:

Nebulosa rodona i resoluble. És molt brillant en el mig i la lluminositat disminueix gradualment cap enfora, amb un diàmetre de 2,5-3 minuts d’arc. Amb un augment de x240 mostra estels força grossos en la part feble de la nebulositat, però suposo que no tenen cap connexió amb la nebulosa. Crec que no és res més que un cúmul en miniatura d’estels molt comprimits de l’estil de l’objecte que hi ha a prop de 42 Comae [l’M53]. És com l’objecte que hi ha a sota de Delta Sagittarii [l’NGC 6624], però força més gran i un xic més brillant.

La intuïció de Herschel resultà correcte. L’M54 apareix com un “cúmul en miniatura” en comparació amb l’M53 pel que fet que el primer es troba a major distància (87.000 anys-llum) que no pas el primer (58.000 anys-llum). L’NGC 6624 és també un cúmul globular, per bé que molt més proper (26.000 anys-llum de distància a la Terra) que no pas l’M54, i sorprén que Herschel digués que li atribuís una magnitud i diàmetre aparents inferiors al de l’M54.

L’M54 apareix en el catàleg elaborat per James Dunlop. Dunlop, natural d’Escòcia, s’havia establert a Nova Gal•les del Sud en el 1821. Entre el juny del 1823 i el febrer el 1826 va catalogar 7.385 objectes, la immensa majoria estels, però també algunes nebuloses i cúmuls estel•lars. L’M54 apareix en l’entrada 624:

Ascensió recta de 18h46m07s; distància al pol sud de 59º18’. Una nebulosa molt bella, amb un disc o nucli molt brillant i ben definit, d’uns 15 segons d’arc de diàmetre, envoltat per una llum que decreix gradualment, de 1,25 minuts d’arc de diàmetre. És extraordinàriament brillant en les immediacions del centre.

L’M54 apareix en l’entrada 3763 del catàleg de John Herschel del 1847, a partir de les següents observacions:
– 31 de juliol del 1834: cúmul globular, brillant, rodó; gradualment molt més brillant cap al centre; diàmetre de 9 segons d’ascensió recta; clarament resoluble en estels.
– 1 d’agost del 1834: cúmul globular; brillant; força gros; molt poc elongat; gradualment més brillant cap al centre; de 2,5 minuts d’arc de diàmetre; resoluble en estels de magnitud +15, amb uns pocs perifèrics de magnitud +14.
– 15 d’agost del 1835: molt i molt brillant; rodó; molt sobtadament molt més brillant cap al centre, com un gran mugró; 2,5 minuts d’arc de diàmetre; hi ha un estel de magnitud +13, molt probablement membre del cúmul, a un angle de posició de 147º.
– 16 de juliol del 1836: reestima el diàmetre en 1,5 minuts d’arc.

En el Catàleg General, l’M54 passa a l’entrada 4442, amb el comentari de “cúmul globular; molt brillant; gran; rodó; gradualment molt més brillant cap al centre; ben resolt en estels de magnitud +15”.

John Dreyer, en el Nou Catàleg General, pren aquesta definició per a l’entrada corresponent (la NGC 6715).

Heber Curtis, en el seu catàleg fotogràfic, ofereix dades de l’M54: ascensió recta de 18h48m07s; declinació sud de 30º36’; “cúmul globular remarcablement condensat de 2 minuts d’arc de diàmetre.

La “condensació remarcable” del cúmul fou durant molts anys un obstacle per fer un estudi detallat de la població estel•lar i determinar la distància exacta d’aquest objecte. L’estimació de la distància depèn de la identificació d’estels variables, dels quals s’han comptat 82 en l’M54, dels quals n’hi 55 de tipus RR Lyrae i 2 variables vermelles semiregulars (amb períodes de 77 i 101 dies). La distància s’estimà originàriament en 50.000-65.000 anys-llum, però més tard s’amplià la xifra a 80.000-90.000 anys-llum. Paral•lelament, en 1994, Rodrigo Ibata, Mike Irwin i Gerry Gilmore postularen, a partir de la posició de l’M54 i tres altres cúmuls globulars, l’existència d’una galàxia nana prèviament inidentificada.

El reconeixement extragalàctic de l’M54 fou refermat a través de l’estimació de velocitat radial pròpia, que és de 142 km•s-1. Aquesta velocitat és compartida (amb una mitjana de 130 km•s-1 per una de les dues concentracions principals de la SagDEG.

Mapa del disc de la Via Làctia, que mostra la posició de SagDEG. SagDEG és una galàxia el•líptica. L’M54 queda dins de l’eix major, però en la part més distal en relació a la Via Làctia.

Com és possible que SagDEG no hagi estat identificada fins el 1994? Al capdavall, els Gran i el Petit Núvol de Magalhaes són coneguts des de l’antiguitat més remota pels pobles australs. El cas és que SagDEG se situa, en relació a la Terra, en l’altra banda de la galàxia, per darrera del Bulb galàctic, la qual cosa l’enfosqueix.

En el 2009, Ibata et al. postulaven l’existència d’un forat negre en el cor de SagDEG, amb una massa de 1,9•1034 kg. Aquest forat negre explicaria algunes irregularitat en la distribució de densitat estel•lar i en la velocitat de dispersió en el centre de l’M54.

L’M54 en xifres

L’M54 és un cúmul globular amb forta concentració. De fet, en l’escala de Shapley-Sawyer, que va de l’I al XII, l’M54 queda en la classe III. Fins ara, en el nostre periple, únicament havíem vist un cúmul globular més concentrat, l’M2, de classe II.

L’M54 és un cúmul globular de dimensions considerables. El centre més dens té un diàmetre de 25 anys-llum. A dins es concentren la majoria dels estels. El nucli exterior fa un diàmetre total de 53 anys-llum. No obstant això, encara es poden veure força estels a 76 anys-llum de distància del centre, i n’hi ha situats a radis superiors a 150 anys-llum.

Del conjunt dels estels s’estima un tipus espectral global de F7 i un índex de color e +0,01. Amb una magnitud absoluta de -10,01, l’M54 és també un dels cúmuls globulars més brillants que es coneixen, només superat per Omega Centauri.

SagDEG: una minigalàxia en trànsit d’ésser engolida per la Via Làctia

Viatjar a l’M54 ens ha conduït a l’interior d’una galàxia força vaporosa. En efecte, SagDEG, més que assemblar-se a una galàxia, consisteix més aviat en un núvol d’estels, les concentracions més notables dels quals són els cúmuls globulars i, entre aquests, destaca l’M54. A banda dels quatre cúmuls globulars principals, la SagDEG també té associats diversos altres cúmuls globulars, com Terzan 7, Terzan 8, Arp 2, Palomar 12 i Whiting 1.

El diàmetre de SagDEG és d’uns 10.000 anys-llum, encara que val a dir que els límits de la galàxia són imprecisos. SagDEG és, efectivament, una galàxia satèl•lit de la Via Làctia. Orbita al voltant del centre de la Via Làctia, seguint una òrbita polar, és a dir fortament inclinada respecte al pla galàctic de la galàxia mare. D’acord amb aquesta òrbita, d’aquí a 100 milions d’anys SagDEG creuarà el disc de la Via Làctia.

SagDEG és una galàxia majoritàriament d’estels vells, d’edats similars als de la Població II de la Via Làctia. Són estels de baixa metal•licitat. Alhora, com s’esdevé en la majoria de galàxia el•líptiques, la SagDEG no presenta gairebé pols interestel•lar ni regions de formació activa d’estels. Malgrat tot, l’astrogènesi recent és la responsable de l’existència d’una minoria d’estels més joves.

Vista de prop, SagDEG és una galàxia un xic decebedora. El seu el•lipse es troba molt elongat degut a l’acció gravitatòria de la Via Làctia, i això explica la baixa densitat general d’estels. No obstant això, SagDEG encara es manté com a galàxia pròpia, encara que hagi orbitat al voltant de la Via Làctia durant potser més de 10 cicles. Com s’explica, doncs, que no hagi estat absolutament absorbida, o reduïda a un torrent deslligat d’estels? Se suposa que la cohesió l’ha donada la matèria fosca, és a dir matèria amb acció gravitatòria que no podem detectar a través de la interacció (emissió, reflexió o absorció) amb radiació electromagnètica. De totes formes, SagDEG, en els darrers 1.000 milions d’anys ha perdut potser 2/3 de la massa originària.

On han anat a parar aquests 2/3 de la SagDEG originària? Han estat engolits per la Via Làctia, la qual cosa ens fa pensar en l’entitat de les galàxies, en com unes (les grosses) creixen en detriment d’altres. Ja hem parlat alguna vegada de la futura col•lisió entre la Via Làctia i l’Andròmeda, i com aquestes dues espirals, que han crescut a costa de tantes galàxies el•líptiques nanes, es transformaran en una sola galàxia el•líptica gegant.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: