Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M81, la Galàxia de Bode

El nostre trajecte pel catàleg de Messier ara arriba a una nova fase intergalàctica. De moment, ens hem de dirigir a la Galàxia de Bode, l’M81, una galàxia amb un potent nucli actiu, i que, juntament amb l’M82 i l’NGC 3077 articulen un Grup de 34 galàxies. Sortim, doncs, des de l’M80, per fer un camí de 11,8 milions d’anys-llum (3,62 megaparsecs; 1,12•1023 m). Com que l’M80 és en l’hemisferi nord de l’halo de la Via Làctia, no caldrà que creuem el disc d’aquesta galàxia, sinó que simplement orientem la navegació cap al Grup de Galàxies de l’M81. En viatges anteriors cap al Cúmul de Virgo havíem recorregut aquestes zones situades entre aquell i el nostre Grup Local de Galàxies, però tan sols de passada. Ara ens hem de desviar per tal d’arribar-nos a l’M81. En tocar el nostre destí som a una distància de 49,2 milions d’anys-llum del centre del Cúmul de Virgo (és a dir, que ens hi hem acostat en 4,6 milions d’anys-llum). Vist des de la Terra, el nostre senyal es desplaça des de la constel·lació de l’Escorpí a la de l’Óssa Gran, bo i passant per les Balances, la Verge, el Bover i els Gossos Caçadors, fins a situar-se en les regions circumpolars que no es banyen mai en l’oceà.

Descoberta i coneixement de la Galàxia de Bode

La primera referència escrita a aquest objecte correspon a Johann Elert Bode, que reporta així la primera observació que es va fer:

El 31 de desembre del 1774, vaig trobar a través del telescopi de set peus, un poc per damunt del cap de l’Ossa Major, cap a l’estel de l’estel d de l’orella [de l’Ossa], dues petites taques nebuloses separades per 0,75º. La primera taca, Alfa, sembla majorment rodona i té un nucli dens en el centre. L’altra, Beta, és molt pàl•lida i de forma elongada. Vaig poder determinar la separació d’Alfa respecte de l’estel d és de 2º07’, la separació respecte Rho Ursae Majoris és de 5º02’, i respecte de Sigma-2 Ursae Majoris és de 4º32’”.

Bode introduí les dues nebuloses en el seu catàleg, respectivament en les entrades 17 (Alfa) i 18 (Beta).

L’M81 i l’M82 se situen en una posició ultraseptentrional en el cel, a una latitud de 69º. Això és en termes equatorials. En termes eclíptics la latitud es redueix a 52ºN i, d’acord amb les coordenades galàctiques, a 41ºN. Però si emprem unes coordenades basades en la distribució de la majoria de grups galàctiques del nostre supercúmul local (el Supercúmul de Virgo), l’M81 i l’M82 es troben pràcticament en l’equador supergalàctic.

És possible que, abans de Bode, Johann Gottfried Koehler ja tingués coneixença d’aquest parell de nebuloses. Malgrat la correspondència entre els dos astrònoms, no sembla que s’hagin comunicat la descoberta d’aquests dos objectes. Koehler tenia coneixement dels dos objectes abans del 1778, quan els introdueix en el seu catàleg, en entrada comuna, en el n.8:

“Dos estels nebulosos en l’orella de l’Óssa Gran”

Dibuix de Patrick Van Beeck que mostra les dues taques nebuloses descobertes per Johann Elert Bode per damunt del cap de l’Ossa Major. La taca major (Alfa) és l’M81, i té la forma arrodonida descrita per Bode. La taca menor (Beta) és l’M82, amb una forma més allargada

Pierre Méchain, que devia desconèixer les observacions de Bode i de Koehler, anota la presència de les dues nebuloses l’agost del 1779. De la nebulosa major, anota com a coordenades una ascensió recta de 144º27’ i una declinació nord de 70º04’.

Méchain no comunicà aquesta observació a Charles Messier fins entrat l’any 1781. Messier va observar les dues nebuloses el 9 de febrer, anotant com a coordenades de la primera una ascensió recta de 144º27’44’’ i una declinació nord de 70º07’24’’. Messier identificà les dues nebuloses amb els objectes 17 i 18 del catàleg de Bode.

En l’entrada 81 del seu propi catàleg, es descriu l’objecte com un “petit oval, amb un centre clar” i assenyala que hom ja el pot veure bé amb un telescopi ordinari de 3,5 peus de longitud focal.

William Herschel observà l’objecte el 8 de novembre del 1801: “És un objecte extremadament brillant, amb la part brillant confinada en un lloc molt petit; la nebulositat és de natura lletosa; és un objecte ovalat, molt més estès en direcció NO-SE”.

El 30 de setembre del 1802, Herschel anota: “molt brillant i extremadament gran; gairebé omple tot el camp del telescopi, i té unes vores que decauen de manera imperceptible, de manera que el puc observar fins a mig grau més enllà de la part brillant”

Amb el telescopi de 10 peus, William Herschel va fer referència a un objecte en unes coordenades coincidents que “té un nucli brillant i resoluble, que consisteix certament en 3 o 4 estels o en quelcom que s’hi assembla”. Estimà la llargada de l’objecte en 15 o 16 minuts d’arc. No obstant reconeixia que havia observat l’objecte quan l’Ossa Major era més a prop de l’horitzó.

John Herschel introdueix l’M81 en el seu catàleg del 1833 en l’entrada 649, a partir d’una observació feta el 28 d’octubre del 1831. N’havia calculat una ascensió recta de 9h41m16,9s i una distància al pol nord de 20º07’49’’. Descriu l’objecte com a “extremadament brillant; extremadament gran; elongat, amb un angle de posició de 156º; gradualment més brillant cap al centre fins a un punt on la lluminositat creix molt sobtadament; presenta raigs febles de llum prop dels extrems del camp (d’uns 15 minuts d’arc); la part més condensada és de 4 minuts d’arc de llargada i 3 minuts d’arc d’amplada.

En el catàleg de Bedford, William Henry Smyth presenta l’M81 i l’M82 en una única entrada, la 369, d’acord amb observacions fetes pels volts del març del 1837. Això és el que ens diu de l’M81:

És una bella nebulosa ovalada i brillant, de color blanc. El seu eix major segueix una orientació NO-SE. És clarament més brillant en el centre. Hi ha diversos estels diminuts en el camp, entre els quals l’estel doble 1386 del catàleg de Struve.”.

El Catàleg General de John Herschel tenia com a objectiu incloure totes les observacions de nebuloses i cúmuls estel•lars, de manera exhaustiva i emprant els catàleg anteriors. L’M81 apareix en aquest catàleg en l’entrada 1949. No obstant, Herschel dedica l’entrada 1953 a una observació de William Herschel, d’un objecte nebulós amb un centre format per 3-4 estels.

Les coordenades de l’objecte GC 1949 són d’una ascensió recta de 9h43m48,9s i una distància al pol nord de 20º16’10’’. Les coordenades de GC 1953 són: 9h44m38,0s i 20º12’18,9’’. D’altra banda, les coordenades de GC 1950 (l’M82) són 9h43m52,3s i 19º34’16,3’’. John Herschel tendia a pensar que el GC 1953 era realment, com el GC 1949, observacions diferents d’un mateix objecte, l’M81.

L’M81 i l’M82 (en el centre d’aquesta imatge de Koen van Gorp) es troben en camp relativament ric en nebuloses. Això provoca algunes dificultats quan es tracta d’identificar observacions històriques amb els objectes tal com queden catalogats en el Nou Catàleg General de John Dreyer

En el 1866, William Huggins pren l’espectre d’aquest objecte, que descriu com “continu”, bo i assenyalant que manca o és molt feble l’extrem vermell de l’espectre.

William Temple, des de l’Observatori d’Arcetri (Toscana), amb dos telescopis Amici, va dibuixar l’M81 i d’altres nebuloses amb un detall prèviament desconegut. Dreyer recollí aquests dibuixos en la reedició del 1877 del Catàleg General.

El mateix Dreyer, en el Nou Catàleg General, reconeix que el GC 1949 i el GC 1953 són realment el mateix objecte, l’M81, que apareix en aquest catàleg en l’entrada 3031.

Heber Curtis, amb el reflector Crossley, de l’observatori de Lick va fotografiar l’M81, estimant-ne les dimensions aparents en 16×10 minuts d’arc. Amb les exposicions breus, el nucli prenia una aparença quasistel•lar.

Ja en la segona meitat del segle XIX, els nous telescopis mostren el caràcter espiral de l’M81.

En el 1993, imatges del Telescopi Orbital Hubble serviren per fer un estudi de l’M81, centrat en la catalogació del nombre més elevat possible d’estels variables de tipus cefeid. Si abans d’aquest estudi, tan sols s’havien mesurat els períodes de dos variables cefeids d’aquesta galàxia, el Hubble permetia obtindré la mesura de 32. Gràcies a aquestes mesures, podien estimar la distància de l’M81 respecte de la Terra en 11 milions d’anys-llum, amb un marge d’error del 10%. La mesura precisa de distàncies intergalàctiques a través del Hubble havia de servir per determinar millor les grans constants de l’univers.

Mentre es treballava en aquest estudi, el 28 de març del 1993, Francisco García Díaz, de Lugo, detectà en l’M81 un estel que resultà ésser una supernova de tipus IIb, que assolí una magnitud aparent màxima de +10,5 (SN 1993J). Un any i mig més tard, Marcaide et al. (1995) publicaven l’evolució del romanent de supernova d’acord amb les radioemissions detectades pel sistema VLBI. Alderding et al. (1994) identificaren el progenitor de la SN 1993 J en un estel supergegant de tipus K.

El fet que l’M81 sigui una galàxia prou propera, però situada fora del nostre Grup Local, l’ha fet centre d’atenció de molts estudis. En el 1994, hom estudià la dinàmica de rotació de l’M81. En moltes galàxies espirals és un fet remarcable que les velocitats de rotació siguin força constants en relació a la distància al centre, o fins i tot que les regions perifèriques tinguin velocitats de rotació més elevades que les regions més centrals. En canvi, l’M81 respon a un model de rotació més clàssic, amb unes velocitats de rotació que disminueixen amb la distància al centre. Hom ha conclòs que l’M81 té un contingut de matèria fosca inferior al que seria esperable (bo i que la matèria fosca sigui el component principal de massa gravitatòria total). En la majoria de galàxies, com en la nostra, se sosté una rotació homogènia gràcies a l’acció d’una matèria fosca distribuïda per tot l’halo galàctic.

En el 1995, Perelmuter i Racine obtenien dades fotomètriques d’un total de 3774 objectes situats en un radi de 25 minuts d’arc al voltant del centre de l’M81. Hom analitzà les dades morfològiques i astromètriques d’aquests 3774 objectes per trobar-hi possibles cúmuls globulars. En determinaren una població total de cúmuls globulars de 210 ± 30. Les característiques d’aquesta població són similars als dels cúmuls globulars de la Via Làctia o de l’Andròmeda.

L’M81 de prop

Imatge del Telescopi Espacial Hubble de l’M81

L’M81 és una galàxia de nucli actiu, en el centre del qual trobem un forat negre supermassiu de 1,4•1038 kg, format per l’acreció de milions d’estels. El diàmetre de l’M81 és d’uns 90.000 anys-llum.

Imatge d’infraroig de l’M81 obtinguda pel telescopi orbital Spitzer. El color blau es correspon a l’emissió de 3600 nm, de natura fonamentalment estel•lar. El color verd és l’emissió de 8000 nm, fonamentalment deguda a la presència d’hidrocarburs aromàtics policíclics en el medi interestel•lar. El color vermell és l’emissió de 24000 nm, procedent de pols escalfada del medi interestel•lar. La major part de la pols interestel•lar escalfada es troba en els braços espirals, associada a regions astrogèniques, dels joves estels blaus de les quals rep la calor.

El Grup de Galàxies de l’M81

L’M81 i l’M82 tenen una forta interacció gravitatòria mútua, amb períodes de fort acostament, com el que s’esdevingué fa uns 350 milions d’anys.

L’M81 es troba en forta interacció amb una altra galàxia espiral, l’M81, i amb la galàxia el•líptica NGC 3077. Totes tres conformen el centre gravitatori d’un grup galàctic més extens, amb una trentena llarga de membres. Les interaccions entre l’M81, l’M82 i l’NGC 3077 han conduït a la formació de filaments intergalàctics, formats majoritàriament per gas hidrogen.

La massa global del grup de l’M81 és de 2,05•1042 kg, sensiblement superior a la massa global del nostre Grup Local. Encara que l’M81 i l’M82 són de dimensions (i, sobretot, masses) més modestes que les tres grans galàxies del nostre Grup Local (Andromeda, Via Làctia i Triangle), ho compensa la plèade de galàxies mitjanes i petites.

Mapa de les galàxies del Grup de l’M81 tal com les veiem des de la Terra

Arxivat a Ciència i Tecnologia
2 comments on “Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M81, la Galàxia de Bode
  1. Benjamí R. ha dit:

    És un article impressionant. Moltes gràcies. Encara tinc l’esperança de vore aclarida la matèria obscura i l’energia obscura. Clar és que serà a canvi de trobar noves incògnites.

Els comentaris estan tancats.

%d bloggers like this: