Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M60, una galàxia el•líptica gegant en el Sector E del Cúmul de Virgo

El règim de concentració galàctica que regna en el Cúmul de Virgo, com a centre del Supercúmul Local, ens colpeix veritablement. Ara mateix, per exemple, el nostre destí és la galàxia el•líptica gegant M60, que constitueix el centre d’un petit subcúmul de quatre galàxies, en el qual destaca la interacció entre l’M60 i la galàxia espiral NGC 4647, més petita. Per anar a la galàxia doble M60-NGC 4647 (que rep el nom comú d’Arp 116) des de la galàxia M59, hem de recórrer 5 milions d’anys-llum (1,5 kiloparsecs; 4,7•1022 m). Ens movem en el Subsector E del Sector A del Cúmul de Virgo, i ens apropem en 3,7 milions d’anys-llum a la galàxia central del Cúmul, l’M87 (hi quedem a tan sols 3,4 milions d’anys-llum). Aquests 5 milions d’anys-llum de trajecte són essencialment un apropament a la Via Làctia. En efecte, des del punt de mira dels observadors de la Terra pràcticament som en la mateixa regió del “camp galàctic” de Virgo-Berenice.

Tècnicament, Charles Messier catalogà l’M60 com un objecte únic. No fou fins més tard que se’n descobrí el caràcter doble. Normalment, és a la taca més grossa, la corresponent a una galàxia el•líptica la que rep el nom d’M60. La taca més fina, corresponent a una galàxia el•líptica, és catalogada com a NGC 4647. El conjunt de totes dues galàxies és catalogat com a Arp 116.

La descoberta i coneixement de l’M60

L’M60, com altres objecte del camp de galàxies de Virgo-Berenice, no fou descobert fins a les jornades d’abril del 1779, quan una munió d’astrònoms adreçava els seus telescopis a seguir la trajectòria del Cometa de Bode. El cometa mateix havia estat descobert el mes de gener. Tres mesos després, es trobava ja en aquesta regió del cel. Es fa difícil, doncs, assignar qui fou el veritable primer descobridor de l’M60. Alguns dels astrònoms devien captar aquesta nebulosa i d’altres de veïnes, però no la registraren. Uns altres sí ho feren, però per a usos personals, per tal de no confondre cap d’aquestes nebuloses fixes amb el cometa seguit.

Les nits de l’11 i del 13 d’abril, Johann Gottfried Koehler anota la presència de “dues nebuloses molt petites, amb prou feines visibles amb un telescopi de 3 peus: una damunt de l’altra”. Aquestes nebuloses es corresponen a l’M59 i a la galàxia doble M60/NGC4647 (=Arp 116). Aquesta descoberta serà reportada per Johann Elert Bode, el descobridor originari del cometa, amb el qual Koehler tenia una correspondència habitual.

La nit del 12 d’abril, Koehler, per circumstàncies meteorològiques, no va poder fer observacions del cometa (ni de les nebuloses fixes). Si Koehler seguia el cometa de Bode des de Dresden, Barnaba Oriani ho feia des de Milà. Mentre Koehler compaginava l’astronomia amb responsabilitat en la Cambra de les Arts i en el Saló Matemàtic, Oriani, de 27 anys, era capellà des de feia quatre. Des de Milà, la nit del 12 d’abril, Oriani anota:

“Nebulosa molt pàlida i que té un aspecte perfectament igual al del cometa”

Oriani, doncs, no havia observat dues nebuloses (l’M59 i la nebulosa doble Arp 116) sinó únicament una nebulosa (Arp 116).

Per contra, Charles Messier, en aquells mateixos dies, compta tres nebuloses (l’M58, l’M59 i l’M60), de les quals determina les posicions el 15 d’abril. Pel que fa a la nebulosa M60, això és el que diu:

“Nebulosa en la Verge, una mica més nítida que les dues anteriors [l’M58 i l’M59], en el mateix paral•lel que Èpsilon Virginis, que en serveix per determinar-ne la posició (ascensió recta de 188º06’53’’ i declinació nord de 12º46’02’’).”.

Koehler, Oriani i Messier són descobridors independents de l’M60. No serà fins després que es podrà determinar la cronologia de la descoberta. La nit del 13 al 14 d’abril, Messier encara desconeixia l’existència de l’objecte posteriorment catalogat com a M60. De fet, el Cometa de Bode aquella nit ocupava el mateix camp telescòpic que l’M60, cosa que sí va poder observar Koehler. Messier, que observava la mateixa configuració, no va percebre, al costat del cometa, l’existència de la nebulosa fixa. No fou, doncs, fins la nit del 15 que Messier va percebre l’M60, i es decidí a calcular la posició d’aquesta nebulosa i de dues més de les quals ja havia fet un seguiment les nits anteriors.

L’M60 apareix reportat en la Carta del Cometa del 1779 que Messier va publicar a la Memòria de l’Acadèmia Francesa de Ciències.

Tant Koehler com Oriani i Messier havien percebut l’M60 com un objecte únic. William Herschel, el 15 de març del 1784, amb un telescopi més potent, ja percep l’objecte com una nebulosa doble o, més aviat, com “dues nebuloses, una d’elles molt brillant”. Herschel torna a observar l’M60 el 17 d’abril, i es decideix a catalogar les dues nebuloses de manera independent. D’aquesta manera, la nebulosa més grossa, l’oriental, la fa correspondre a l’M60 pròpiament dita, mentre que la nebulosa més feble, la inclou en el seu catàleg personal com a H III.44.

John Herschel, en el seu catàleg del 1833, recull també la doble catalogació. La nebulosa grossa, l’M60 pròpiament dita, rep l’entrada 1408, mentre que la nebulosa petita, l’H.III.44, rep l’entrada 1405. Entre les observacions fetes per John Herschel destaquen:
– l’11 d’abril del 1825: determina una distància aproximada al pol nord de l’objecte de 77º31’, i anota que “és una nebulosa doble molt curiosa, amb una distància de tres minuts d’arc de centre a centre, si bé les nebuloses es fonen una nebulositat molt feble. La nebulosa més feble és més aviat ovalada.”.
– el 9 de maig el 1825: determina amb més precisió la posició: ascensió recta de 12h35m3,9s i distància al pol nord de 77º29’39’’.
– el 10 de març del 1826, hi fa un dibuix. Parla de l’M60 com del “més brillant d’un bell parell, l’altre membre del parell és molt feble, amb un angle de posició de 30º NO i a una distància de 2,5 minuts d’arc”.
– el 13 de març del 1826 anota: “nebulosa doble; objecte molt bell i curiós; la nebulosa occidental és molt feble, i l’oriental molt brillant, per bé que totes dues són grans; la distància entre els centres de les dues és de 4 minuts d’arc i l’angle de posició és de 45º NO.
– el 2 de maig del 1829, diu “nebulosa molt brillant; té una nebulosa ovalada molt feble en posició NO, en un angle de 30º, i una distància de 3 minuts d’arc.
– el 4 d’abril del 1831: “brillant, rodona, molt sobtadament molt més brillant cap al centre, amb un diàmetre de 90 segons d’arc; és el membre SE d’un grup de 2 galàxies”.

William Henry Smyth inclou l’M60 en el seu catàleg en l’entrada 457. Aquesta entrada és complementada amb un dibuix de l’M59 i de l’M60. Pel que fa a l’M60, pròpiament, aquesta és la seva descripció:

Una nebulosa doble, al centre de l’ala esquerra de la Verge. El parell es disposa en direcció NO-SE, a una distància de 2 o 3 minuts d’arc de centre a centre. El membre oriental és extremadament feble. El membre occidental, el més brillant, és el que va veure i descriure imperfectament Messier el 1779, i es troba gairebé situat entre dos estels telescòpics de posició vertical. A un augment de x93, trobem un bell camp, ja que si tot just fem entrar l’M60, també podem veure l’M59, en el límit NO del camp, i encara s’hi pot veure un altre nebuloa més, l’H. 1402 [=NGC 4638], de forma de fet s’hi veuen quatre nebuloses d’un sol colp.

En efecte, són quatre les nebuloses que es poden veure en el camp: l’M60 i la seva companya, l’NGC 4647, i a una mica de distància, l’M59 i l’NGC 4638:

Així podia veure, sense inversor, William Henry Smyth el seu “bell camp de nebuloses”. En la part superior hi ha la galàxia més petita, l’NGC 4638. A l’esquerra veiem la galàxia doble Arp 116, formada per l’M60 i l’NGC 4647. A la dreta tenim l’M59. En realitat l’M59 no és tan propera a l’M60 com suggereix la imatge, ja que en realitat l’M59 es troba a una distància de la Terra un 9% superior que l’M60.

Aquest camp li recorda a Smyth algunes de les reflexions fetes per John Herschel quant a la natura d’aquests objectes. John Herschel s’havia lamentat:

Quantes coses se’ns escapen! Com de menyspreable és entre els qui es fan dir filòsofs deixar que aquests grans fenòmens de la natura, aquestes lentes però majestàtiques manifestacions del poder i de la glòria de Déu, brillin desapercebudes, i se’n perdi la memòria més enllà de la possibilitat de recuperació, perquè no ens prenguem la molèstia de copsar-les en el llur passatge inobstrusiu i furtius, perquè les veiem en robes quotidianes, i no hi remarquem cap canvi sobtat, i així concloem que tot allò és mort, perquè no hi cerquem signes de vida, i que tot allò no té cap interès, ja que ni ens impressiona ni ens commou”.

John Herschel, en efecte, suggeria latentment que aquestes nebuloses eren homòlegs a la pròpia Via Làctia. Si semblaven objectes estàtics, era perquè el seu moviment era ultrasecular. Així feia aquesta crida:

“Dir, de fet, que de cada estel individual de la Via Làctia, i n’hi ha un total de 8 a 10 milions, cal determinar la posició i observar-ne el moviment, seria extravagant. Però, si més no, prenguem-hi mostres, fem-ne monografies parcials amb telescopis potents i instruments refinats, de forma que poguem saber què passa en aquest abisme d’estels, en el qual actualment la imaginació roda sense guia!”.

Smyth, doncs, amb motiu de l’M60, afegeix:

“La hipòtesi de Sir John Herschel, sobre les nebuloses dobles, és nova i atractiva. Podrien ésser sistemes estel•lars cadascun dels quals orbita l’altre: cadascun seria un univers [una galàxia], segons les antigues nocions. Però com que aquesta principis revolucionaris d’aquests cúmuls firmamentals, enormes i distants, no es podrian establir durant anys, la ment es commou d’admiració, més que no pas de comprensió, aquestes col•locacions misterioses. Mentrestant, el nostre deure clar és recollir industriosament fets, per tal que allò que és ara inintel•ligible, pugui ser-ho per als nostres successors, i una porció de gran mecanisme que ara rau més enllà de la nostra concepció sigui revelat.”

En el Catàleg General, John Herschel cataloga l’M60 en l’entrada 3182, mentre que el seu company ho és en l’entrada 3180. Això és el que diu la descripció:

”Molt brillant, molt gran, rodona; és el membre oriental d’una nebulosa doble”.

Aquesta descripció també servirà per a John Dreyer en el Nou Catàleg General, amb l’únic punt que l’M60 apareix en l’entrada 4649.

En el catàleg fotogràfic d’Heber Curtis, es calcula per a l’M60 una ascensió recta de 12h38m06s, i una declinació nord de +12º06’. El diàmetre de l’objecte l’avalua en 2 minuts d’arc, remarcant que “la lluminositat creix ràpidament fins a fer-se màxima en la porció central, que no mostra cap nucli veritable ni en les exposicions curtes”. Heber Curtis també remarca que “no s’hi distingeixen girs espirals”. En canvi, la galàxia companya, l’NGC 4647, ja s’havia evidenciat com una galàxia espiral.

Imatge del Telescopi Orbital Hubble que mostra l’M60 com una galàxia el•líptica més o menys difusa, mentre que l’NGC 4647 se’ns apareix com una galàxia espiral gairebé vista perpendicularment. Si bé l’M60 i l’NGC 4647 formen una galàxia doble òptica, això pot ser el resultat d’un joc de perspectives. L’NGC 4647, segons com ho mirem, sembla una galàxia més allunyada que l’M60, i això voldria dir que totes dues no tenen una connexió física real.

John Herschel havia col•locat l’M60 i l’NGC 4647 en el seu còmput de “nebuloses dobles”. Però, és una “nebulosa doble real”? En el 1966, Halton Arp va decidir incloure en el seu “Atles de Galàxies Peculiars” aquest parell, sota l’entrada 116, amb la descripció de “galàxia el•líptica propera a una galàxia espiral i pertorbant-la”. L’existència real d’una pertorbació ha estat molt discutida. Les estimacions de distància havien fins i tot estimat que totes dues galàxies es trobaven a 9 milions d’anys-llum l’una de l’altra. Ara com ara, una anàlisi detallada d’imatges del Telescopi Hubble semblen indicar, però, una incipient interacció gravitatòria entre les dues, manifestada en distorsions lleus però detecables en l’espiral de l’NGC 4647.

Una forma de veure la possible relació entre les dues galàxies és comparar-ne la velocitat radial respecte del Sistema Solar. En el cas de l’M60, el valor de desplaçament al vermell (efecte Doppler) és de 0,003726, la qual cosa es correspon a una velocitat radial d’allunyament de 1117 km•s-1. En el cas de l’NGC 4647, hom troba uns valors similars.

Imatge de la Supernova 2004W. Aquesta supernova fou descoberta el 28 de gener del 2004, amb el telescopi automàtic KAIT, en el marc del programa de recerca de supernoves de l’Observatori Lick. La SN 2004W fou trobada a 51,6 segons d’arc en direcció oest i a 78,7 segons d’arc en direcció sud del nucli de l’M60. En el moment de la descoberta tenia una magnitud aparent de +18,8, que ja havia disminuït a +19,3 l’11 de febrer. Es tractà d’una supernova de tipus Ia. De fet, l’explosió de la supernova hauria començat ja cap a l’estiu del 2003, però no se l’hauria detectat en aquest programa de l’Observatori Lick fins el gener, quan el Sol ja és prou distant de la constel•lació de la Verge (és a dir, quan ja havien passat prou setmanes de l’ort heliacal d’Spica).

En aquesta imatge en detall de l’M60 i de l’NGC 4647, hom distingeix diversos cúmuls globulars. Són una part dels 5100 cúmuls globulars que orbiten al voltant del cos central de l’M60.

En el 2009, Juntai Shen i Karl Gebhardt feren un estudi de l’M60 per estimar la massa de la galàxia. Partien de la suposició que totes o la majoria de galàxia el•líptiques contenen un forat negre supermassiu en el centre, i també de la suposició que, més enllà de la galàxia pròpiament dita (com a massa d’estels) hi ha una distribució de matèria fosca e forma d’halo. Shen i Gebhrard analitzaren imatges dels Telescopi Especial Hubble sobre la distribució d’estels i de cúmuls globulars de l’M60. Avaluaven la massa del forat negre supermassiu central en més de 8,9•1039 kg, una xifra elevada (corresponent a 4500 milions de vegades la massa del nostre Sol) fins i tot en termes de forats negres supermassius. Quant a l’halo de matèria fosca, cal dir que la massa estel•lar és el principal component de la massa global en el cos lluminós de la galàxia, però que fora ja dominaria la matèria fosca.

L’M60 de prop

Ja quan sortíem de l’M59, veiem que la distància entre l’M60 i l’NGC 4647 és prou considerable. El fet que els dos halos semblin tocar-se en les imatges obtingudes des de la Terra és un efecte de perspectiva. Dit això, és força detectable, a mesura que ens apropem a l’M60, que aquesta galàxia el•líptica força grossa produeix una distorsió en el pla de l’espiral NGC 4647. En total, l’M60, l’NGC 4647 i dues altres galàxies més, formen un grup prou compacte. És clar que nosaltres estem observant aquest sistema tetragalàctic tal com s’observaria a la Terra d’ací a 55 milions d’anys (recordem que el viatge taquiònic és, essencialment, també, un viatge il•lusori al futur), de forma que potser percebem interaccions que encara no són detectables a la Terra en els vostres dies.

L’M60 és un el•lipsoide no gaire excèntric. L’eix major fa uns 120.000 anys-llum mentre que l’eix menor (l’eix polar o eix de rotació) fa una mica més de 100.000 anys-llum. Amb una magnitud absoluta de -22,3, en tot el Cúmul de Virgo només hi ha dues galàxies el•líptiques que siguin més brillants que l’M60.

Encara que, dit així, sembli que la galàxia hagi de tenir un diàmetre mitjà de més de 100.000 anys-llum, la majoria d’estels es troben en un nucli més reduït, que fa uns 50.000 anys-llum de diàmetre.

Des de la nostra posició, ara, ben a prop de l’M60, som en una regió força central del Cúmul de Virgo, que pot considerar-se com un Subsector propi, l’E, o directament com a part del sector central (Sector A). Des d’un planeta situat en un estel de la perifèria de l’M60, els nostres astrònoms haurien tingut poc dubtes quant al caràcter del nostre univers com un univers de galàxies, doncs un bon nombre de galàxies espirals i el•líptiques són visibles a ull nu. Però si impressiona per totes bandes, aquest deplegament de galàxies, cal comptar que tan sols una porció minoritària de la massa total del Cúmul de Virgo consisteix en sistemes estel•lars. La major part és una matèria fosca, invisible, però que alhora explica com l’M60 és capaç de doblegar l’NGC 4647 quan encara uns quants centenars de milers d’anys-llum separen totes dues galàxies.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: