Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M69, un cúmul globular antic, però no gens pobre en metall

Saltem ara a un altre cúmul globular. Tots els cúmuls globulars s’assemblen, però si hom grata una mica apareixen algunes característiques diferenciadores. L’M69, per exemple, es caracteritza per un valor de metal•licitat (quantitat d’elements de pes atòmic superior a l’heli) relativament elevat per l’edat dels seus estels, 13.060 milers de milions d’anys. L’M68, amb estels gairebé 2.000 milions d’anys més joves, té una metal•licitat força inferior a la de l’M69 (-2,23 vs -0,78 en escala logarítimica), la qual cosa va a la contra de la noció general segons la qual els estels més joves (formats després de l’acumulació de metalls procedents d’estels massius precedents) són més rics en metalls. Però tota noció general té les seves excepcions. A més, si l’M68 i l’M69 apareixen juxtaposats en la llista de Messier és per un atzar cronològic. Per anar de l’M68 a l’M69, haurem de creuar una distància de 38.500 anys-llum (11,8 kiloparsecs, 3,64•1020 m). Sortim de l’hemisferi nord de l’halo galàctic, a una distància al pla galàctic de 20.000 anys-llum, i anem reduint aquesta distància, alhora que ens apropem al centre galàctic. De fet, arribem a creuar el disc galàctic i entrem en l’hemisferi sud de l’halo galàctic, fins a situar-nos a una distància de 5.200 anys-llum respecte del pla. Com que som una regió relativament cèntrica de la galàxia (a 5.790 anys-llum del centre galàctic) som en la part bruta de l’halo galàctic. En qualsevol cas, globalment, ens hem apropat al centre galàctic en 27.900 anys-llum, mentre que hem modificat poc la distància respecte del nostre Sistema Solar (l’hem reduïda en 3.900 anys-llum per quedar-nos-hi a 29.700 anys-llum). Som, doncs, en relació al Sistema Solar, per dir-ho així, a “l’altra banda” del bulb galàctic. Els nostres observadors de la Terra han contemplat com el nostre senyal eixia de la constel•lació de la Serp d’Aigua per entrar en la del Centaure, creuar la del Llop i la de l’Escorpí i entrar en Sagitari.

La descoberta i coneixement de l’M69

A partir d’una observació feta al Cap de Bona Esperança pels volts del 1751, l’abat Nicolas Louis de Lacaille, va incloure en el seu catàleg, en l’entrada I. 11, un objecte fix “que s’assembla al nucli d’un cometa petit”. Com a coordenades d’aquest objecte, amb època d’1 de gener del 1752, va anotar una ascensió recta de 18h13m41s i una declinació sud de -33º37’05’’. L’objecte apareix anotat en una memòria d’estels nebulosos de l’hemisferi sud publicada en el Volum de l’any 1755 de les Memòries de l’Acadèmia de Ciències.

La constel•lació del Sagitari inclou la regió central de la Via Làctia. L’M69 el trobem prop d’Èpsilon Sagittarii, l’estel conegut com a Kaus Australis (l’estel sud de l’Arc).

En el 1764, Charles Messier comença a treballar realment en el seu catàleg de nebuloses i cúmuls estel•lars. En general, el que fa és anotar tots els objectes que descobreix i consulta després si són presents o no en els catàlegs ja publicats. De vegades, però, procedeix a la inversa. Així, el 27 de juliol del 1764, en una nit completament serena, Charles Messier prova de trobar l’objecte I. 11 de Lacaille. Però com que no va trobar res en la posició descrita per Lacaille, no va incloure pas l’objecte en la llista principal sinó en l’apèndix d’“objectes no trobats” que aparegué en la primera edició del catàleg del 1771.

El 31 d’agost del 1780, Charles Messier enfoca la mateixa regió del cel, en un nou intent per trobar l’objecte I. 11 de Lacaille. En aquesta ocasió, pot observar “dues nebuloses col•locades per sota del braç esquerra i prop de l’arc del Sagitari, totes dues en el mateix paral•lel, amb la primera amb una ascensió recta de 274º11’46’’ i una declinació austral de 32º31’45’’, i amb la segona amb una ascensió recta de 277º13’16’’ i una declinació austral de 32º31’07’’.

A un augment de x69, tal com el retrataven a La Orilla del Cosmos, l’M69 apareix una com una nebulosa rodona, de l’aspecte d’un cometa sense cua. A prop, trobem l’estel HD170500 (=HIP90772)

Les dues nebuloses serien catalogades com a M69 i M70. Messier assumí que la primera es corresponia a l’objecte descobert per Lacaille:

“Nebulosa sense estel, en el Sagitari, per sota del seu braç esquerra i prop de l’arc; a prop hi ha un estel de magnitud +9 [l’HD170500]; la llum és molt feble, i hom tan sols el pot veure sota un bon oratge, i la més petita llum emprada per il•luminar els fils del micròmetre la fa desaparèixer. La posició, ascensió recta de 274º11’46’’ i declinació sud de 32º31’45’’, s’ha determinada a partir d’Èpsilon Sagittarii. Aquesta nebulosa fou observador de La Caille, i reportada en el seu catàleg. S’assembla al nucli d’un cometa petit, i té un diàmetre aparent de 2 minuts d’arc.

Però és l’M69 realment el mateix objecte que l’I. 11 de Lacaille? En primer lloc, la magnitud aparent de l’M69 és de +8,3, diversos ordres inferior a la magnitud aparent dels altres objectes nebulosos catalogats per Lacaille. En els seus quatre anys a l’Àfrica Austral, Lacaille comptà amb un telescopi de mitja polsada d’obertura, amb el qual difícilment, i fins i tot les millors condicions atmosfèriques, podria haver observat aquest objecte. D’altra banda, entre la posició reportada per Lacaille i la posició descrita per Messier, feta la corresponent correcció d’època, hi ha una distància d’1,2º.

Johann Elert Bode inclou en el seu catàleg un objecte, en l’entrada 46, amb la descripció de “similar a un petit nucli cometari”. La identificació entre Bode 46 i Messier 69 és segura.

En la “Introducció als estels en 24 plaques de coure”, Johann Elert Bode tracta separadament l’M69 i el L.I.11. L’M69, identificat implícitament amb el Bode 46, apareix com l’objecte 161 de la constel•lació del Sagitari, amb coordenades preses de Messier (ascensió recta de 274º11’ i declinació sud de 32º30’) i la descripció de “taca nebulosa”. El L.I.11, apareix com l’objecte 132 del Sagitari, amb coordenades preses de Lacaille (ascensió recta de 273º51’ i declinació sud de -33º37’), però això sí amb la mateixa descripció de “taca nebulosa”.

En el 1784, amb el telescopi de 20 peus, William Herschel observa l’objecte 69 del catàleg de Messier, i el descriu com a “molt brillant, molt gran, fàcilment resoluble, o més aviat un cúmul ja resolt d’estels petits”. Herschel afirma que l’M69 és com “una miniatura de l’M53”. Efectivament, tots dos són cúmuls globulars d’agregació mitjana (classe V en l’escala de Shapley-Sawyer), però l’M53 és força més gros i, encara que situat a més distància que l’M69, és d’un diàmetre aparent de 13 minuts d’arc (mentre l’M69 no arriba a 10 minuts d’arc). A més, l’M53 és un cúmul globular força separat (tan físicament com angularment) del centre galàctic, mentre que l’M69 es troba ben a prop del centre galàctic, i això en disminueix la claredat d’observació, com a també ho fa, respecte del Londres herschel•lià que l’M69 sigui en una constel•lació austral i l’M53 es trobi en una de boreal. Herschel, però, assumí incorrectament que la diferència entre l’M53 i l’M69 era degut a una diferència de distància, i que mentre la profunditat de l’M53 seria de l’ordre de 243, la de l’M69 seria de 734. Aquesta és una prova més que la determinació de profunditats/distàncies per William Herschel (basada en l’assumpció d’unes magnituds absolutes estel•lars uniformes) era poc fonamentada.

William Herschel, com Johann Elert Bode, diferencia l’objecte L.I.51 i l’M69. En el 1814 diu que “L’I.51 de Lacaille i l’objecte 69 de la Connoissance de Messier són miniatures secundàries de l’objecte 53 de Messier”. No obstant, no sembla que Herschel hagi observat mai personalment l’objecte L.I.51.

Giuseppe Piazzi introdueix en el seu catàleg l’M69 i l’M70 a partir de Messier, però esmena la localització, afegint-hi 1º addicional de declinació sud. Amb aquesta correcció, la identificació entre l’M69 i l’L.I.51 seria més plausible.

L’astrònom escocès James Dunlop va fer una primera estada a Austràlia entre el 1821 i el 1826, i una segona, a partir del 1831, de la qual ja no tornaria. Però fou fonamentalment entre el juny del 1823 i el febrer del 1826 que va fer la part central de les seves contribucions des de l’Observatori Paramatta, a Nova Gal•les del Sud. En l’entrada 613 del seu catàleg, sota una ascensió recta de 18h22m10s i una distància al pol sud de 57º28’, descriu, a partir de quatre observacions:

Una nebulosa ben definida, rodona i força brillant, d’un diàmetre d’1,25 minuts d’arc, gradualment conensada cap al centre. Hi ha un petit estel a 1 minut d’arc al sud de la nebulosa [HD170500]”.

Dunlop no sembla haver estat conscient que aquesta nebulosa era la 69 de Messier o que William Herschel havia identificat correctament que la nebulosa era realment un cúmul estel•lar globular.

John Herschel, el fill de William Herschel, en la seva estada a Sud-àfrica, va fer tres observacions de l’M69:
– l’1 d’agost del 1834: a una ascensió recta de 18h20m14,1s i una distància al pol nord de 122º27’51’’, l’assenyala com “un cúmul globular, brillant, rodó; molt gradualment més brillant cap al centre; resolt en estels de magnituds +14 a +15; el diàmetre és de 10,0s d’ascensió recta [=2,5 minuts d’arc]”.
– el 3 d’agost del 1834, quan avalua el diàmetre en 3 minuts d’arc.
– el 15 d’agost del 1835: avalua el diàmetre en 3,5 minuts, i les magnituds dels estels entre +14 i +16.

A partir d’aquestes observacions, ja de nou a Anglaterra, en el 1847, crea una nova entrada, la 3747, en el seu catàleg. Herschel reconeix que l’entrada 3747 del seu catàleg es correspon a la 69 de Messier i a la 613 de Dunlop. No esmenta, però, l’objecte I.51 de Lacaille.

En el Catàleg General de John Herschel, amb voluntat d’exhaustivitat, s’inclouen referències a objectes no directament observats per ell. Així, crea l’entrada 5076 per incorporar de manera separada l’objecte I.51 de Lacaille, en tant que considera inversemblant la identificació amb l’M69 que havia assumit Messier. Com a coordenades per a aquest objecte, en l’època del 1860, indica una ascensió recta de 18h20m44,6s i una distància al pol nord de 123º30’27,3’’. En la descripció, “nebulosa sense estels”, es basa únicament en la referència de Lacaille, ja que ni ell ni el seu pare mai van aconseguir de veure l’objecte.

L’M69, pròpiament dit, apareix en l’entrada 4411 del Catàleg General, on de nou es recull també la referència al catàleg de Dunlop. En revisar el catàleg de Piazzi, Herschel discrepa quant a la posició exacta de l’M69 i de l’M70, la qual cosa refermaria la seva convicció que l’M69 i l’L.I.51 són objectes diferents.

El Nou Catàleg General, de John Dreyer, manté la diferenciació entre els dos objectes, i l’M69 apareix en l’entrada 6637, i l’L.I.11 ho fa en l’entrada 6634.

Heber Curtis, en el seu catàleg fotogràfic, descriu l’M69 com un “cúmul globular brillant”, de 3 minuts d’arc de diàmetre.

Quant a l’objecte L.I.11, catalogat com a NGC 6634, no s’ha trobat cap rastre de nebulosa en les coordenades corresponents. Hom ha suposat que una agrupació de tres estels, de magnituds +8,3, +7,8 i +8,7, podrien haver estat la base d’una percepció de nebulosa per part de Lacaille. Seria un cas semblant, en aquest sentit, a l’M40, catalogat com a nebulosa, però que és en realitat un estel doble òptic, Winnecke 4.

L’M69 és un dels cúmuls globulars de més baixa magnitud aparent del catàleg de Messier.

Harlow Shapley cercà infructuosament estels variables en l’M69. Els seus predecessors, de fet, no han trobat més que vuit estels variables, dels quals 2 són de tipus Mira Ceti, amb períodes d’uns 200 dies. Aquesta limitació en estels variables coneguts ha estat un obstacle en la recerca sobre aquest cúmul globular, d’altra banda molt interessant pel valor de metal•licitat relativament alt que mostra.

L’M69 de prop

L’M69 és un cúmul globular relativament petit. És cert que el diàmetre exterior podria fer uns 85 anys-llum, però en la perifèria el percentatge d’estels és molt baix. A un radi superior de 30 anys-llum, de fet, hom ja troba pocs estels. El nucli estrictament no té un radi que vagi gaire més enllà de 6 anys-llum.

Amb un costat de 3,4 minuts d’arc [corresponent a uns 30 anys-llum], aquesta imatge del Hubble ens mostra íntegrament la regió central de l’M69

La massa global de l’M69, relativament modesta, limita el radi gravitacional a uns 72 anys-llum, és a dir tan sols un 75% més que el radi de les capes més exteriors. Val a dir, però, que el 50% de la massa de l’M69 es concentra en un radi inferior a 7,2 anys-llum.

Els estels de l’M69 corresponen a l’anomenada Població II de la Via Làctia, és a dir la població d’estels més antics. De fet, l’edat mitjana dels estels de l’M69 remunta al orígens de la galàxia i del mateix univers. De totes formes, és remarcable l’índex de metal•licitat de l’M69 que, amb -0,78, és un dels més elevats entre els cúmuls globulars. Si ens fos permès de viatjar en el temps, visitaríem les condicions originàries de la galàxia (o galàxies), per tal d’escatir realment si l’M69 és simplement el producte d’una variabilitat estatística contínua o bé és realment el romanent d’una regió primitiva del disc galàctic que concentrà una quantitat elevada d’elements químics pesants ja en aquells temps remots.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: