Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M67, un cúmul estel•lar obert antiquíssim

Després de les galàxies espirals M65 i M66, membres del Triplet del Lleó, hom potser esperaria que ara ens adrecéssim al tercer membre del Triplet. Però l’NGC 3628 no té pas entrada en el Catàleg de Charles Messier i, en qualsevol cas, no pas l’entrada 67. Efectivament, Charles Messier, en observar el “Triplet del Lleó”, únicament hi va veure un “Doblet”. Així doncs, el nostre destí queda fora d’aquest cúmul de galàxies. De fet, hem de tornar a la nostra, de galàxia, la Via Làctia, ja que l’M67 és un cúmul estel•lar obert situat dins del nostre propi subsector del Braç d’Orió. Per dir-ho així, tornem a casa. Per anar de l’M66 a l’M67 haurem de fer, doncs, uns 36 milions d’anys-llum de recorregut (11 megaparsecs; 3,4•1023 m). És un viatge, doncs, cap a una regió més perifèrica del Supercúmul de Virgo. Entrem en la Via Làctia per la cara nord del disc i ens hi endinsem fins arribar al nostre destí, un vell cúmul estel•lar obert, de 4.000 milions d’anys d’antiguitat. Els nostres observadors de la Terra veuen com el nostre senyal, tot seguint un curs retrògrad en el Zodíac, es desplaça de la constel•lació del Lleó a la del Cranc.

Johann Gottfried Koehler, abans del 1779, descobrí aquest objecte i el descrigué com una nebulosa elongada. En realitat és un cúmul estel•lar obert o irregular. A diferència de la majoria dels cúmuls estel•lars oberts del nostre entorn galàctic, els estels que l’integren són relativament antics, de més de 4.000 milions d’anys d’antiguitat. Normalment, els cúmuls oberts d’aquesta edat ja han quedat desfigurats en corrents estel•lars del tot desagregats.

La descoberta de l’M67, banc de proves de l’evolució estel•lar

La primera referència d’aquest objecte la trobem en el catàleg de Johann Gottfried Koehler, compilat el 1779. En aquest catàleg l’objecte apareix en l’entrada 19, sota el comentari de “nebulosa força conspícua de figura elongada, prop d’Alpha Cancri”.

La constel•lació del Cranc. L’M67 és proper a Acubens (Alpha Cancri), una de les pinses del Cranc.

Charles Messier sembla haver desconegut la referència de Koehler. En tot cas, en el seu propi catàleg, l’entrada 67 no apareix indicada tampoc com a descoberta pròpia. Sí que s’indica que l’objecte és “un cúmul de petits estels amb nebulositat, per sota de la pinsa austral del Cranc”. Messier calcula la posició de l’objecte, el 6 d’abril del 1780, com una ascensió recta de 129º06’57’’ i una declinació nord de 12º36’38’’, a partir de la posició d’Alpha Cancri.

Dibuix de l’M67 per Jeremy Perez, a un augment de x37.

A partir dels annuaris de la Connossaince, els germans Caroline i William Herschel realitzen observacions dels objectes catalogats per Messier. El 26 de març del 1783, Caroline Herschel observa l’M67. William Herschel ho fa més tard, amb el telescopi de 7 peus, constant que es tracta d’“un cúmul d’estels”.

El 1784, William Herschel observa l’M67 amb el telescopi de 20 peus. El descriu com “un cúmul bellíssim d’estels” i en compta no pas menys de 200. El 1809, arran d’una observació amb el telescopi de 10 peus, dirà que és “un cúmul d’estels molt petits, on sembla que hi ha una feble nebulositat lletosa entre ells”. El 1818, en recollir aquestes observacions, estima la profunditat de l’objecte en un ordre de 144 (és a dir, en una distància 144 vegades superior a la distància típica d’un estel de magnitud +1).

En el catàleg de John Herschel del 1833, l’M67 apareix en l’entrada 531, d’acord amb les següents observacions:
– el 3 de març del 1826, sota les coordenades d’ascensió recta de 08h41m29,4s i distància al pol nord de 77º32’03’’, indica que és un “cúmul ben ric d’estels escampats de magnituds entre +10 i +15”.
– el 10 de març del 1826, compta un nombre aproximat de 200 estels, que anirien de magnituds +11 a +15. També assenyala que en direcció O hi ha una regió rica d’estels de magnituds +9 a +10.
– el 13 de març del 1826, parla de 100-200 estels irregularment escampats, de magnituds +11 a +15.
– el 20 de març del 1830, la descripció diu: “cúmul superb, molt ric i brillant; omple el camp; estels de magnituds +9 a +15; les vores són irradiants i no és gaire comprimit en el centre”.
– el 23 de març del 1830, calcula la distància al pol nord en 77º34’13’’.

William Henry Smyth inclou l’M67 en el catàleg en l’entrada 339, acompanyada d’un dibuix (fet a augment de x157). Les observacions les realitzà pels volts del març del 1836 i assenyala com a posició, dins de la constel•lació del Cranc, una ascensió recta de 08h42m26s i una declinació nord de 12º23’06’’. La descripció és la següent:

És un cúmul ric, però espars, en l’arrel de la pinsa boreal del Cranc; si es fa una línia des de Rigel a Proció, estesa en direcció ENE, la trobarem a uns 5º al nord d’Èpsilon Hydrae. Consisteix principalment en una massa d’estels de magnituds +9 a +10, aplegades un xic en la forma d’un gorro frigi, i seguides per una creixent d’estels escampats. Les coordenades esmentades foren obtingudes a partir de Delta Cancri.”.

En el Catàleg General de John Herschel, l’M67 es registra en l’entrada 1712, sota unes coordenades d’ascensió recta de 08h43m34,3s i una distància al pol nord de 77º40’36’’. D’acord amb les observacions fetes per ell mateix i pel seu pare, és un “cúmul remarcable, molt brillant, molt gran, extremadament ric, poc comprimit, amb estels que van de magnituds +10 a +15”. En el Catàleg General s’atribueix la descoberta Barnaba Oriani, però estudis posteriors no han trobat cap referència a l’objecte per part d’Oriani.

En el Nou Catàleg General de John Dreyer, on l’M67 apareix en l’entrada 2682, es repeteix l’atribució de la descoberta a Oriani. De fet, les característiques bàsiques de la descripció deriven del Catàleg General.

Heber Curtis, en el seu catàleg fotogràfic, es refereix a l’M67 com un “cúmul brillant i molt espars d’uns 16 minuts d’arc de diàmetre”.

La composició estel•lar de l’M67 donà pistes aviat del fet que és un cúmul obert d’estels d’edat avançada, no gaire inferior a la del nostre Sol. Això l’ha convertit en un dels cúmuls oberts més estudiats. A banda de l’edat dels estels, l’M67, degut a la relativa proximitat a la qual es troba, pot ésser observar sense la interferència d’enomes capes de material interestel•lar del disc galàctic. La metal•licitat d’aquests estels també és similar a la que trobem en el Sol. Dels 500 estels de l’M67, un 20% tenen masses i temperatures superficials similars a les del nostre Sol.

Els diagrames de Hertzsprung-Russell representen poblacions estel•lars en un gràfic de temperatura i magnitud absoluta. En la imatge hom compara les poblacions de dos cúmuls estel•lars oberts matusalèmics, l’M67 i l’NGC188. L’NGC188 podria ser uns 3.000 milions d’anys més vell que el propi M67.

Per convertir l’M67 en arena de proves de l’astrofísica, era necessari primer fer una distinció entre els estels òpticament situats en aquesta zona del cel i els situats realment en el cúmul. Sanders, en 1977, va estudiar el moviment propi de 1866 estels del camps, dels quals tan sols 649 apareixien com a “membres probables”.

En el 1984, Janes i Smith feien observacions fotomètriques de 36 gegants vermells de l’M67 i una espectroscopia de part d’ells. Remarcaven els dos autors l’extremada homogeneïtat que mostrava aquesta subpoblació, amb l’única excepció de 2 o 3 estels que presentaven uns nivells relativament elevats de nitrogen.

En el 1998, Richer et al. estudiaven l’M67 amb la UHCam del Telescopi Franco-Canadenc de Hawaii, dedicant-se especialment al patró de temperatura/edat de la població de nans blancs.

Una de les limitacions en l’ús de l’M67 com a població estel•lar controlada és el fet que l’elevada edat del cúmul ha produït un fenomen de segregació de masses, amb depleció selectiva dels estels menys massius (que són els que escapen més fàcilment del cúmul). Bonatto i Bica (2003)analitzaren aquest fenomen tant en la regió central (radi < 2,6 anys-llum), com en l’anell intermedi (radi entre 2,6 i 9,4 anys-llum) i en l’halo (radi fins a 19 anys-llum). La segregació de masses enriqueix l’halo en estels menys massiu respecte les regions interiors.

No tots els estels de l’M67 responen al mateix patró d’edat. Una subpoblació d’estels blaus apareix dispersa en els diagrames de lluminositat/temperatura. Zhang et al., en el 2005, estudiaven dos d’aquests estels, S1280 i S1284, que mostren una variabilitat de tipus Delta Scuti.

Hurley et al. (2005) realitzaren un model de l’evolució completa al llarg del temps (4000 milions d’anys) i de l’espai dels estels integrants i ex-integrants de l’M67. Segons aquest model, l’M67 hauria arrencat amb 36.000 estels (12.000 estels senzills i 12.000 estels binaris) i hauria perdut gairebé el 90% de la massa en aquest període.

En el 2009, Sarajedini et al. publicaven un estudi basat en les dades fotomètriques de la missió 2MASS, que avaluava l’edat del cúmul en 3,5-4,0•109 anys.

També en el 2009, Yakut et al. feien, amb Telescopi Mercator de La Palma (Canàries), un estudi fotomètric de diversos sistemes d’estels binaris de l’M67: AH Cancri, EV Cancri, ES Cancri, EX Cancri i EW Cancri. A banda de l’interès d’estudiar simultàniament sistemes binaris d’aquesta edat estel•lar, les anàlisis permeteren estimar la distància de l’M67 en 857 parsecs.

Les característiques generals de l’M67 van suggerir en el seu moment, que el Sol mateix seria un dels estels provinents del cúmul (el 90% dels estels originaris de l’M67 són ara fora del cúmul). Recentment, Pichardo et al. (2012) revisitaven aquesta hipòtesi, considerant dades de moviment propi i de metal•licitat i emprant computacions orbitals en un model no-axisimètric de la Via Làctia (assumint una galàxia espiral barrada). La velocitat relativa resultant del Sol respecte de l’M67 és superior a 20 km•s-1, la qual cosa sembla descartar que el Sol s’hi originés: si el Sol hagués estat ejectat a tal velocitat hauria perdut el seu disc circumstel•lar i, per tant, la capacitat planetogènica.

L’M67 de prop, un cúmul estel•lar obert fossilitzat

L’M67 en l’Atles del Two Micron All Sky Survey (2MASS).

De tots els cúmuls oberts que visitarem en el nostre periple, és a dir dels situats en el nostre subsector galàctic entre els Braços d’Orió i de Perseu, l’M67 és e que conté estels més vells. L’edat mitjana dels estels és de 4.000 milions d’anys, és a dir que són uns 600 milions d’anys més joves que el nostre Sol. El nostre Sol, com la majoria d’estels que compten l’edat en milers de milions d’anys, va abandonar els seus germans de cúmul obert del bell antuvi. La majoria dels estels neixen en cúmuls oberts, però una bona part els abandonen en els primers milions d’anys. Si la regió astrogènica primigènia era prou grossa, el cúmul obert resultant pot durar uns quants centenars de milions d’anys. El cas de l’M67 és excepcional, si bé de ben segur que hi ha molts altres cúmuls oberts identificables arreu de la galàxia d’edats comparables.

Amb 500 estels i una massa de 2•1033 kg, l’M67 mostra una cohesió considerable. La massa inicial, segurament, era molt superior (de l’ordre de 2•1034 kg). Una lenta desagregació fa minvar constantment la massa de l’M67. De totes formes, hom calcula que la desagregació final del cúmul no s’haurà completat encara d’ací a 5.000 milions d’anys.

En la majoria de cúmuls oberts que hem visitat dominaven els colors blaus, corresponents als estels més massius i d’evolució ràpida. Aquests estels fa temps que desaparegueren de l’M67. Ço que sí trobem és una notable població d’estels gegants vermells, que han tingut prou temps com per arribar-hi a aquesta fase. Hi ha un total d’11 estels gegants brillants de tipus K amb magnituds absolutes de +0,5 a +1,5. Tots els estels de l’M67 ja han entrat en la “seqüència principal” de la seva fase evolutiva i, de fet, els més endarrerits corresponen a nans blaus calents de classes espectrals A i F. Dins de la seqüència principal, també es troben estels blaus de classes espectrals B8 i B9, amb magnituds aparents de +0, que segurament constitueixen una subpoblació d’una trentena d’estels més recents, suposadament captures gravitatòries. El nombre de nans blancs voreja els 200 i suposen el 9% de la massa global del cúmul.

En la composició estel•lar de l’M67 apareixin indicis d’una mena de destil•lació o, si es vol, el resultat d’una mena de centrifugació. En efecte, se suposa que els estels menys massius tendeixen més fàcilment a desagregar-se del cúmul obert originari. En conseqüència, l’M67 és el resultat d’un llarg procés de segregació de masses, de manera que els estels actuals de l’M67 no són un reflex fidel de la població originària.

L’M67 continuarà com a cúmul estel•lar obert fins i tot en una època on les Plèiades o les Híades s’hauran desfet del tot. Tot és una qüestió de massa inicial. Com més estels es produeixen en un nucli astrogènic, més gros serà el cúmul estel•lar obert i més temps haurà de passar fins que l’erosió galàctica l’esborri. Mentre passem a través de la densa munió d’estels que constitueix el centre d’aquest cúmul obert, ens colpeix una sensació de respecte.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
One comment on “Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M67, un cúmul estel•lar obert antiquíssim

Els comentaris estan tancats.

%d bloggers like this: