Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M71, un cúmul globular molt poc concentrat

Deixem enrere dos cúmuls globulars tan propers com l’M69 i l’M70 i haurem de fer ara un salt més considerable per arribar a l’M71, un cúmul globular atípic per la poca densitat relativa central que mostra, i també atípic pel fet d’ésser un cúmul globular relativament recent, amb estels de no pas més de 10.000 milions d’anys d’antiguitat. Per anar de l’M70 a l’M71 hem de recórrer 24.000 anys-llum (7,4 kiloparsecs; 2,3·1020 m). D’una banda, ens allunyem del centre galàctic en 16.000 anys-llum (passem a una distància de 22.700 anys-llum) i de l’altra gairebé passem a fregar la cara sud del disc galàctic (reduïm la distància al pla central de la galàxia de 6.300 a 1.000 anys-llum). En aquest trajecte, ens apropem també al Sistema Solar en uns 16.000 anys-llum (per quedar-hi a una distància de 13.000 anys-llum). El component tangencial del nostre trajecte, des de la perspectiva dels observadors de la Terra, ens transporta de la constel·lació del Sagitari a la constel·lació de la Sageta, a través de les constel·lacions de l’Escut i de l’Àliga. Des de l’M70, l’M71 ens apareixia com un cúmul estel·lar de magnitud +7,4, un valor considerable atenent a la distància entre els dos objecte (l’M71 des de l’M70 té una magnitud aparent de +8,6), però fins que no hi som ben a prop no podem dir que es tracti d’un cúmul globular. Per la seva localització gairebé dins del disc galàctic i el seu aspecte semblaria més aviat un cúmul irregular i obert.

L’M71: descoberta i reconeixement

Si atenem a la magnitud aparent de l’objecte des de la Terra (+6,1), potser hauríem esperat d’haver-lo visitat ja abans, és a dir que tingués un nombre en el catàleg de Messier inferior i que fins i tot ja hagués format part de la primera edició del catàleg. Però Messier no va topar amb l’objecte i no va incloure’l en el catàleg fins el 1780, arran d’una observació de Pierre Méchain.

De totes formes, Pierre Méchain no fou el primer descobridor de l’M71. El repàs de catàlegs anteriors al de Messier mostra la presència de l’objecte en els catàlegs de Philippe Loys de Chéseaux i de Johann Gottfried Koehler.

De Chéseaux deuria observar per primera vegada l’objecte entre el 1745 i el 1746. És en aquest segon any, que De Chéseaux publica el seu catàleg de nebuloses. En les entrades 12 i 13 d’aquesta llista fa el següent comentari:

“Dues nebuloses més, de les quals no he determinat encara les posicions, es troben, una en el peu nord dels Bessons i l’altra per damunt i molt a prop de la Sageta”

Aquests dos objectes s’han identificat, respectivament, amb l’M35 (=De Chéseaux 12) i amb l’M71 (=De Chéseaux 13).

Encara que la llista de De Chéseaux fou presentada a l’Acadèmia de Ciències de París, fou poc el ressò posterior que tingué, si bé alguns astrònoms com Guillaume Le Gentil sí la tingueren present en les seves recerques. No era el cas, però, de Johann Gottfried Koehler, nascut el 1745, que devia descobrir l’objecte de manera independent entre el 1772 (quan començà les seves observacions telescòpiques, a Leipzig) i el 1779, quan publicà el seu catàleg. En el catàleg de Koehler, l’objecte apareix en l’entrada 7, i amb aquesta descripció:

“Una nebulosa molt pàl·lida a la Sageta, a 1º50’ del signe d’Aiguader i a una latitud nord [eclíptica] de 39º”

Pierre Méchain, ignorant les descripcions de De Chéseaux i de Koehler, anota com a descoberta pròpia, el 28 de juny del 1780, d’una “nebulosa entre els estels de Gamma i Delta Sagittae”, en les coordenades d’ascensió recta de 296º00’04’’ i declinació nord de 18º14’21’’. No fou fins passat l’estiu que Méchain comunicà a Messier aquesta descoberta. En no trobar cap referència en els catàlegs coneguts, i en descartar que es tractés de l’M27, Messier assumí que realment era un nou objecte. El 4 d’octubre del 1780, Messier va cercar l’objecte en el cel amb la següent anotació:

“Nebulosa de llum molt feble, no conté cap estel. La més mínima llum la fa desaparèixer. Es troba a uns 4º per sota de la descoberta per Messier a la Guineueta [l’M27]. Les coordenades són de 295º59’06’’ d’ascensió recta i declinació nord de 18º13’00’’. El diàmetre aparent de l’objecte és de 3,5 minuts d’arc”.

L’objecte apareix ja anotat en la Carta del Cometa del 1779, conclosa a final del 1780, i en la corresponent ampliació del catàleg de Messier apareix en l’entrada 71.

Mapa de la constel·lació de la Sageta. Encara que en la tradició astronòmica mediterrània, les constel·lacions del Cigne (amb Deneb) i de l’Àliga (Altair) són considerades annexes, ja en el llistat de Claudi Ptolomeu apareix esmentada la constel·lació de la Sageta entre les dues. Hevelius, el gran darrer astrònom que no emprà telescopis, va introduir una altra constel·lació entre la Sageta i el Cigne, la Guineu i l’Oca, actualment coneguda com a Guineueta. Per localitzar l’M71 a través del telescopi o d’uns prismàtics, hom ha de cercar Gamma i Delta Sagittae, i entre mig d’aquests dos estels trobar-hi 9 Sagittae, estel de magnitud +6, ben a prop del qual trobarem l’M71.

Giuseppe Piazzi sembla haver anotat l’existència d’aquest objecte però sense observar-lo ni com a nebulosa ni com a cúmul estel·lar, sinó com un estel únic de magnitud +8.

El 23 de juliol del 1783, Caroline Herschel observa l’M71, en la constel·lació de la Sageta, per després seguir amb l’M27, en la constel·lació de la Guineueta, i amb l’M14, en la constel·lació del Serpentari. A aquestes observacions, guiades pel catàleg de Messier, hi suma una quarta, en la constel·lació del Cigne, que no apareix en el catàleg de Messier [el cúmul obert NGC 6866].

Per Caroline Herschel, com per als observadors anteriors, l’M71 era una nebulosa. El mateix 1783, el seu germà, William, amb el telescopi de 10 peus, el descriu ja com “un cúmul d’estels d’aspecte irregular”. L’any següent, amb el telescopi de 20 peus, afirma que “se situa en la via làctia, i els estels hi són probablement estesos; amb tot, és considerablement condensat, amb un diàmetre de tres minuts d’arc”.

En el 1794, amb el telescopi de 7 peus de longitud focal, i amb augments de x120 i x160, William Herschel ja observa que la nebulosa és un cúmul estel·lar. D’aquest indici dedueix que l’objecte té una profunditat de l’ordre 243 (=243 vegades més allunyat que els estels típics de magnitud +1). Herschel assum que es tracta d’una estructura de la branca oriental (=cara sud) de la Via Làctia. En el 1805, amb el telescopi gran de 10 peus, descriu l’objecte com “un cúmul irregular d’estels molt petits, de 2’35’’ de diàmetre”. En total, entre 1783 i 1810, William Herschel va observar l’M71 en vuit ocasions registrades.

En el catàleg del 1833, el fill de William Herschel, John, introdueix l’M71 en l’entrada 2056, a partir de tres observacions:
– el 24 d’agost del 1827: anota unes coordenades d’ascensió recta de 19h46m8,0s i de distància al pol nord de 71º38’31’’, i el descriu com un objecte “molt gran, diluït i bell, que omple el camp del telescopi; amb estels de magnituds +11 a +16, amb una regió més condensada de 3 minuts d’arc de diàmetre, i una figura triangular, amb un angle en direcció nord”.
– el 3 d’agost del 1831: el descriu com un “cúmul irregularment rodó d’estels molt petits, que tendeixen a una forma triangular; molt ric; molt comprimit; gradualment més brillant cap al centre; es troba en una part rica de la via làctia”.
– el 8 d’agost del 1831: és “una massa irregularment rodona d’estels estretament compactats; és gradualment més brillant cap al centre; diàmetre de 3 a 4 minuts d’arc; és clarament un cúmul, per bé que cap al sud-oest, la via làctia és immensament rica”. Així doncs, malgrat la seva situació en la Via Làctia, l’objecte és clarament diferenciable.

Dibuix de l’M71, en el qual s’aprecia el caràcter irregular d’aquest objecte. En el 1827, William Herschel n’havia descrit una figura triangular

William Henry Smyth, en el seu catàleg de Bedford, col·loca l’M71 en l’entrada 725, amb unes coordenades d’ascensió recta de 19h46m36s i una declinació nord de 18º22’06’’. A partir d’observacions fetes pels volts del juliol del 1836 el descriu així:

“És un cúmul ric i comprimit de la Via Làctia en la tija de la Sageta, i a uns 10º al NNE d’Altair. Descoberta per Méchain, fou descrita per Messier com una nebulosa sense estels, i de llum molt feble. Piazzi sembla haver-la observat en el meridià com un estel de magnitud +8, però en si l’hagués observat amb un camp prou fosc, hauria d’haver-la vist flanquejada per quatre estels telescòpics, a banda d’altres companys encara més brillants. Qui el va resoldre primer en estels fou William Herschel, qui n’estimà una profunditat de l’ordre de 243”.

En el Catàleg General de John Herschel, l’M71 apareix en l’entrada 4520 amb la descripció de “cúmul; molt gran; molt ric; força ben comprimit; estels de magnitud +11 a +14.

En el Nou Catàleg General, John Dreyer repeteix la descripció, bo i passant-la a l’entrada 6838.

Durant molt de temps, el caràcter globular de l’M71 no era clar. Per exemple, Heber Curtis, en el seu catàleg fotogràfic, indica que l’M71 és “un cúmul globular força espars, de 5 minuts d’arc de diàmetre”. Contràriament, Harlow Shapley el considerà com un cúmul obert dens (de classe ‘g’), anàleg a l’M11.

Els cúmuls estel·lars es diferencien entre cúmuls oberts (cúmuls irregulars del disc galàctic, sorgits d’activitat astrogènica recent, de milions a centenars de milions d’anys) i cúmuls globulars (cúmuls tancats, expel·lits del disc galàctic fa milers de milions d’anys). L’M71 té una fesomia irregular i poc concentrada, però per origen, edat i característiques és nítidament un cúmul globular

El debat sobre la classificació de l’M71 continuà. En el 1943, James Cuffey era de l’opinió que l’M71 era un cúmul globular poc agregat, que en l’esquema de Shapley-Curtis es correspondria les classes X (com l’M68) o XI (com l’NGC 5053). En el 1959, el mateix James Cuffey sostenia una opinió oposada, ja que el diagrama de color-magnitud dels estels de l’M71 recordava més l’aspecte dels cúmuls galàctics oberts. D’altres autors, com Robert Burnham Jr. analitzaren diversos paràmetres per respondre la qüestió. La velocitat radial, estimada a través de l’efecte Doppler, no havia pogut determinar-se clarament pel baix nombre d’estels variables coneguts, però ronda els +23 km·s-1 (apropament), que tant pot ésser pròpia d’un cúmul globular com d’un cúmul obert. La metal·licitat, de -0,78 en l’escala logarítima, sembla apropar-lo als cúmuls oberts, però cal dir que un cúmul globular com l’M69 té un valor encara superior.

Ja hem dit que en l’M71 tan sols s’han pogut detectar un grapadet d’estels variables. Entre els 8 estels variables catalogats hi ha Z Sagittae, estel gegant de tipus espectral M i de magnitud que oscil·la entre +13,5 i +14,9. A banda de Z Sagittae, hom coneix uns altre estels cinc estels gegants de tipus M en l’M71. Dels 8 estels variables, cap no és un variable RR Lyrae, segurament perquè aquesta mena d’estels només proliferà a partir d’astres de molt baixa metal·licitat.

La descoberta d’estels dins de la “branca horitzontal” del diagrama de temperatura/lluminositat ha estat cabdal per reconèixer l’M71 com un cúmul globular.

L’M71 en xifres

Imatge de l’M71 del telescopi espacial Hubble. L’amplada de la imatge es correspon a 3,35 minuts d’arc, que es tradueixen a uns 13 anys-llum, i ens mostra la regió central del cúmul obert. Encara que sense arribar al col·lapse central de l’M70, la densitat estel·lar de l’M71 continua essent considerable. Mostra d’això és el fet que la lluminositat absoluta global de l’M71 és 13200 vegades superior a la del nostre Sol.

Vist de prop, l’M71 ja se’ns apareix com un cúmul globular, per bé que atípic. El diàmetre global és de 27 anys-llum, força petit per tractar-se d’un cúmul globular. Potser el fet de no tindre un nucli gaire condensat, i que els estels es trobin distribuïts de forma relativament homogènia en tot el volum, permet que l’objecte tingui una magnitud absoluta global considerable. Més enllà d’aquest radi central de 14 anys-llum, hom troba una corona perifèrica molt més diluïda d’estels, que no conclou fins a un radi de 45 anys-llum. Ara bé, no tots els estels d’aquesta corona deuen ser membres del cúmul globular i alguns simplement són estels del disc galàctic que s’hi troben de passada.

La metal·licitat dels estels i altres indicis permeten avaluar l’edat de l’M71 en 0,9-1,0·109 anys. La majoria de cúmuls globulars són més antics. L’M71 pertany a la fase més recent de cúmuls globulars, alguns d’ells capturats de galàxies veïnes. La metal·licitat dels estels de l’M71 és intermitja, per bé que els estels se situen encara dins de l’anomenada “població II”, és a dir de la generació d’estels formada quan encara els nivells d’elements més pesants que l’heli era molt més baixa que en l’actualitat.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
2 comments on “Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M71, un cúmul globular molt poc concentrat
  1. Victòria ha dit:

    uau, hi he anat, he viatjat tot seguint-te. Apassionada pel moment d’aqui, però sempre amb la mirada cap al cel, somniant amb tants mons, visibles e invisibles, alguns ja morts, d’altres per nèixer…el misteri de que de vegades ens arriba la llum d’un estel que ja no hi és, em conmou i pertorba intenssament… Perque em fa pensar que tot és una gran monumental paradoxa, bocins d’espais-temps curvats, que d’alguna manera conflueixen i s’organitzen, i nosaltres, espuretes de llum probant continuament de construir-hi coordenades. Uauuuuuuu

Els comentaris estan tancats.

A %d bloguers els agrada això: