Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M55, un cúmul globular de 12.300 milions d’anys d’antiguitat

Encara que l’M54 sigui part de la Galàxia El•líptica Nana de Sagitari (SagDEG), hem de dir que se situa en l’halo sud de la Via Làctia, si el definim com una hemisfera de 100.000 anys-llum de radi. Així doncs, SagDEG s’hauria de considerar una mena de subgalàxia, emmarcada permanentment en l’halo de la Via Làctia. L’M55 és un cúmul globular situat en el mateix hemisferi sud galàctic, però en aquest cas sense tindre cap vincle amb cap subgalàxia, sinó que orbita directament el centre de la Via Làctia. Per anar de l’M54 a l’M55 haurem de creuar 70.100 anys-llum (21,5 kiloparsecs; 6,63•1020 m). Creuem un bon sector halo galàctic, aproximant-nos al disc i a l’eix polar de la Via Làctia (que arribem a travessar en el darrer segment d’aquesta etapa). En arribar a l’M55, quedem a una distància de 6.900 anys-llum del disc galàctic (l’hem reduïda en 14.000 anys-llum), i a 13.300 anys-llum del centre galàctic (l’hem reduïda en 7.700 anys-llum). En relació a la Terra, el nostre ha estat un viatge eminentment radial, ja que ens hi hem apropat 69.800 anys-llum (per quedar-nos-hi a 17.600 anys-llum), mentre que no ens hem mogut de la constel•lació de Sagitari.

Astrofotografia de l’M55, per Hunter Wilson

La descoberta i coneixement de l’M55

Nicolas Louis de Lacaille va fer entre 1750 i 1754, una estada astronòmica al Cap de Bona Esperança, en l’extrem austral d’Àfrica. El 16 de juny del 1752, mentre treballava a la constel•lació de Sagitari, topa amb un objecte que “sembla el nucli fosc d’un gran cometa”. No obstant, l’objecte, en les nits següents, resta fix en la seva posició (ascensió recta de 19h24m20s, i declinació sud de 31º29’). En el seu catàleg apareix, doncs, esmentat com a nebulosa fixa, en l’entrada I.14.

La constel•lació del Sagitari

Retornat a París els 1754, Lacaille va publicar en les Memòries de l’Acadèmia Francesa els resultats més destacats dels seus anys australs. L’any 1762, es moria d’un atac de gota i l’any següent, editat per Jan-Dominic Maraldi, apareixia “Coelum australe stelliferum”, en el qual s’exposen observacions de més de 10.000 astres, i es presenten també catorze noves constel•lacions per cobrir la part dels cels australs invisibles des d’Europa. Tant aquesta obra com els articles a les Memòries esdevenen una lectura de referència per a Charles Messier, el qual s’interessa per les nebuloses fixes (i les pseudonebuloses que són els cúmuls estel•lars) en tant que poden confondre’s amb cometes i fer-li perdre el temps en la tasca de caçador de cometes. Per l’estiu del 1764, però, Messier ja té un gran interès per les nebuloses, i ha començat a catalogar-les, tant pel que fa a les descobertes pròpies com a les que troba en la bibliografia. Així, el 29 de juliol del 1764, Charles Messier enfoca el telescopi cap a la nebulosa I.14 del Coelum de Lacaille. Aquesta nebulosa es troba en el Sagitari, una de les constel•lacions australs encara visibles en latituds parisenques. Aquesta recerca resultarà frustrada. A final de juliol, a París es fa fosc tard, i Sagitari fa la culminació a primeres hores de la breu nit, sempre a prop de l’horitzó meridional. Messier farà alguns altres intents per observar-la, també sense èxit. En conseqüència, Messier no va incloure aquesta nebulosa en el primer lliurament del seu catàleg.

Dotat amb els anys de més experiència i de més equipament tècnic, Messier aconsegueix d’observar aquest objecte el 24 de juliol del 1778, 14 anys després del primer intent. Aquesta és la descripció que en fa:

Nebulosa que consisteix en un taca blanquinosa, d’una extensió de 6 minuts d’arc, amb una llum homogènia i que sembla no contindre cap estel. La seva posició és de 291º30’25’’ d’ascensió recta i de 31º26’27’’ de declinació sud, estimada a partir de Zeta Sagittari, amb l’ús d’un estel intermedi de magnitud +7.

Johann Elert Bode també empra la descripció de Lacaille en incloure el mateix objecte en el seu catàleg (entrada 63), definint-lo “com un nucli cometari fosc”.

A poc augment, l’M55 se’ns apareix amb l’aspecte d’una “nebulosa sense estels” o, com diuen Lacaille i Bode, amb l’aspecte d’un cometa que encara no ha desenvolupat una cua.

Caroline Herschel, el 30 de juliol del 1783, fa observacions de quatre objectes de Messier situats entre les constel•lacions del Serpentari i de l’Aiguader, l’M2, l’M16, l’M25 i l’M55.

Poc després, William Herschel observa l’M55 a través del seu petit telescopi de 20 peus de longitud focal, a un augment de x250. Herschel llavors identifica correctament l’objecte com un cúmul d’estels, i diu “puc comptar-hi un gran nombre, mentre que d’altres són massa plegats com per distingir-los separadament”.

Amb augments intermitjos, és possible resoldre la perifèria de l’objecte en estels individuals, si bé el nucli encara el contemplem com una massa lluminosa informe. Val a dir que parlem d’una regió del cel amb abundor d’estels telescòpics interposats, de manera que es fa difícil dir quin d’aquests punts individuals pertany realment al cúmul globular i quin és un estel interposat.

Després d’observar-lo el 1784 i el 1785, William Herschel farà la següent descripció de l’M55:

Cúmul ric d’estels ben comprimits, irregularment rodó, amb un diàmetre d’uns 8 minuts d’arc. D’acord amb les observacions amb el telescopi de 20 peus, que té una resolució 38,99 vegades superior a la de l’ull nu, la profunditat d’aquest cúmul no pot ésser gaire inferior a un ordre de 467.

Herschel assum que la profunditat de l’objecte és d’un ordre de 400, és a dir que la distància de l’M55 és 400 vegades superior a la distància típica d’un estel de magnitud +1. Encara que aquesta sistema d’estimació de distància astronòmiques és groller (assum que les magnituds absolutes de tots els estels són similars), això dóna una idea de la relació de distància entre els estels individuals del nostre veïnat i els cúmuls globulars.

Des de Brisbane, Nova Gal•les del Sud, entre el juny del 1823 i el febrer del 1826, James Dunlop elabora un catàleg d’objectes astronòmics. En dues ocasions observa aquest objecte, que cataloga en l’entrada 620, amb coordenades de 19h30m54s d’ascensió recta i de 58º35’ de distància al pol sud. Descriu l’objecte com “una bella nebulosa, gran, rodona i brillant, de 2 minuts d’arc de diàmetre, i amb una lleugera condensació en el centre”.

En el catàleg del 1847, John Herschel presenta l’M55 en l’entrada 1847, i recull observacions personals fetes a Sud-àfrica en data de:
– 3 d’agost del 1834: “cúmul globular; força brillant; força gran; rodó; molt gradualment un xic més brillant cap al centre; el diàmetre en ascensió recta és de 30 segons [7,5 minuts d’arc]; tot ell es resol en estels individuals de magnituds +13 a +16; no és tan comprimit en el centre com per fondre-s’hi”.
– 14 d’agost del 1835: “cúmul globular; gran i bell; rodó; diàmetre de 6 minuts d’arc; tot ell es resol clarament en estels de magnituds +11, +12 i +13; no es fon en un mugró central”.

Aquestes descripcions seran també recollides en el Catàleg General del 1860, en el qual l’M55 apareix en l’entrada 4503, i en el Nou Catàleg General de John Dreyer, en el qual apareix en l’entrada 6809.

Heber Curtis inclou l’M55 en el seu catàleg fotogràfic. Amb unes coordenades d’ascensió recta de 19h33m07s i una declinació sud de 31º10’, s’hi refereix com “un bell cúmul globular de 10 minuts d’arc. El rerafons d’estels febles és menys dens prop del centre que en la majoria de cúmuls d’aquesta mena”.

Amb un augment moderadament gran, és possible resoldre íntegrament l’M55 en estels, inclòs el mateix centre del cúmul. Això contrasta amb l’estructura de la majoria de cúmuls globulars que hem visitat, on la densitat central esdevé gairebé impenetrable si no és amb els telescopis més potents.

Efectivament, en l’escala de concentració de Shapley-Sawyer, que va de l’I al XII, l’M55 apareix en la classe XI, és a dir en la segona menys concentrada.

L’M55, per aquesta raó, ha estat un objecte d’interès per als astrònoms aficionats (si més no pels que vivim a latituds mediterrànies). Observar-lo és una bona manera d’introduir-se en el món dels cúmuls globulars. En primer lloc, és un objecte gros, amb un diàmetre aparent total de 19 minuts d’arc, i amb una magnitud aparent no gaire llunyana del llindar de l’ull nu. Fins i tot amb uns binoculars relativament potents, hom ja pot veure’n l’aspecte de cúmul estel•lar, mentre que la majoria de cúmuls globulars amb aquests instruments encara apareixen en forma de “nebulosa sense estels”.

El gener del 2008, Sollima et al. publicaven un estudi sobre els processos de coalescència d’estels que tenen lloc en l’interior de cúmuls globulars. Entre els 15 cúmuls globularrs estudiats s’hi trobava l’M55, precisament com a exemple de cúmul globular poc concentrat.

L’estudi de l’M55, al llarg del segle XX, ha estat limitat pel baix nombre d’estels variables que s’hi han identificat. Durant molt de temps, únicament s’havien registrat 5 o 6, si bé en els darrers anys la llista s’ha ampliat. Kaluzny et al., en novembre del 2010, feien un complet estudi de 55 estels variables localitzats en la part central de l’M55, dels quals 28 eren noves identificacions dels propis autors. D’aquests 28 estels variables, 13 eren variables eclipsants.

En l’estimació de la distància de l’M55 ha resultat cabdal la identificació d’un pulsar (estel pulsàtil). Efectivament, Boyles et al., l’agost del 2011, després d’examinar 97 cúmuls globulars de la nostra galàxia, van trobar-hi tan sols tres pulsars de ràdio aïllats i un pulsar de ràdio binari. Un d’aquests rars quatre objectes ess troba en l’M55. Aquest pulsar, segons els autors, és el resultat de l’evolució d’un nan blanc de tipus OMgNe de molt baixa metal•licitat que generi una supernova de captura electrònica.

L’M55 en xifres

Astrofotografia d’infraroig de l’M55, realitzada de l’Observatori euroxilè de Paranal.

L’M55 és un cúmul globular tirant a gros, amb un diàmetre total de 96 anys-llum. A diferència de la majoria de cúmuls globulars que hem visitat, els estels semblen distribuïts de forma més uniforme, sense una descarada concentració central.

Els gegants vermells són la subpoblació més destacada entre els estels de l’M55.

La massa global de l’M55 és de 5,35•1035 kg, és a dir 269.000 vegades superior a la massa del nostre Sol (en canvi, pel que fa a la lluminositat l’M55 és tan sols 100.000 vegades més lluminós que el nostre Sol). Els seus estels són estels de la Població II, estels vells (d’una edat mitjana de 12.300 anys-llum). En conseqüència són estels relativament pobres en elements de massa atòmica superior a la de l’heli. Per exemple, per cada 1000 d’aquests àtoms “metàl•lics” que trobem en el Sol, en els estels de l’M55 únicament trobaríem 11 àtoms diferents a l’hidrogen i a l’heli.

L’M55 és un cúmul globular no gaire concentrat, però no ens enganyem: l’amuntegament d’estels és considerable. Encara que potser a una taxa inferior, en el nucli de l’M55 es produeixen col•lisions estel•lars i, en el cas d’estels binaris, transferències de massa o coalescències directes. D’aquests processos en són testimoni la població d’estels blaus difosos que veiem per tota la massa de l’M55.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: