Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M91, una galàxia espiral barrada en el Cúmul de Virgo

Continuem la nostra cursa a través del Cúmul de Virgo. Si la setmana passada visitàvem una galàxia espiral anèmica, de tipologia bulbar i de braços tancats, ara ens toca conèixer una galàxia igualment espiral i anèmica, però de tipologia barrada i de braços ben separats. Efectivament, per anar de l’M90 a l’M91 hem de recórrer 4,54 milions d’anys-llum (1,39 megaparsecs; 4,30•1022 m). Creuem el dens medi intergalàctic del Cúmul, allunyant-nos del centre de masses en 4,1 milions d’anys-llum (fins a quedar-hi a uns 9,6 milions d’anys-llum). Continuem encara dins de Virgo A, el sector central del Cúmul, la qual cosa ens fa tornar a percebre la mida enorme de tota aquesta estructura supragalàctica. Pels nostres observadors de la Terra, però, amb prou feines ens hem mogut de la mateixa zona del cel, bo i que en termes radials en hi hem allunyat en 4,3 milions d’anys-llum (per quedar-hi a una distància de 63 milions d’anys-llum).

Descoberta, dubtes i coneixements de l’M91

Continuem en la nit del 18 de març del 1781, en la qual Charles Messier registrà la posició d’un seguit d’objectes situats entre les constel•lacions de la Verge i de la Cabellera de Berenice. Cadascuna d’aquestes posicions fou entrada després en l’ampliació del seu catàleg de nebuloses i cúmuls estel•lars, que es publicava amb una freqüència anual dins de la “Coneixença dels temps”.

L’entrada 91 del catàleg diu el següent:

Data d’observació: 18 de març del 1781. Ascensió recta de 186º37m00s, i declinació nord de 14º57’06’’. Nebulosa sense estel, en la Verge, per damunt de l’anterior [M90]: la llum és encara més feble que la de l’anterior”.

Aquesta agregació de nebuloses fou remarcada pel propi Charles Messier en l’ampliació del catàleg preparada per a la “Coneixença del Temps per al 1784” (que, com sempre, s’elaborava i publicava amb tres anys de marge). En una nota situada entre les entrades 91 i 92, diu:

La constel•lació de la Verge, i especialment l’ala nord, és una de les constel•lacions que inclou més nebuloses: aquest catàleg en conté tretze que han estat determinades: 49, 58, 59, 60, 61, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90 i 91. Totes aquestes són nebuloses, aparentment, sense estels. Hom les pot veure tan sols amb un bon cel, i quan són prop de passar per meridià. La majoria d’aquestes nebuloses m’han estat indicades pel senyor Méchain.

La zona del cel situada en l’ala nord de la Verge inclou un gran nombre d’objectes de Messier, la majoria dels quals, com l’M91, es corresponen a galàxies del Cúmul de Virgo. La identificació de l’M91, però, amb l’NGC 4584, ha estat matèria de controvèrsia, ja que les coordenades no es corresponen a les indicades inicialment per Messier.

No fou fins el 1784, que William Herschel consultà amb regularitat el volum corresponent de la “Coneixença dels Temps”. Herschel, segons sembla, no va poder identificar l’M91 en les seves observacions. Les coordenades esmentades per Messier en aquest volum no es corresponien amb cap nebulosa de les observades per Herschel.

De totes formes, Herschel catalogà altres nebuloses que no apareixien en el catàleg de Messier. D’aquestes, hi ha dues que podrien correspondre’s a l’M91:
– objecte catalogat com a II.120, observat el 8 d’abril del 1784, i descrit com a “gran i rodó”.
– objecte catalogat com a III.602, observat el 14 de gener del 1787, i descrit com a “molt feble; considerablement gran; molt gradualment més brillant cap al centre; al sud hi ha un estel considerablement brillant”.

D’aquests dos objectes, el II.120 sembla el més plausible com a corresponent a l’M91. Herschel registra l’II.120, com una de les “deu grans nebuloses” que formarien l’assortiment número 7 d’una llista d’agregacions de nebuloses. Aquest llistat, en el qual s’inclouen 424 nebuloses, va servir Herschel per avançar la idea que les nebuloses “deuen al seu origen a la fragmentació d’algunes nebulositats extenses primigènies de la mateixa natura”.

John Herschel, com el seu pare abans, tampoc no fou capaç d’observar l’M91 en les coordenades indicades per Messier. En el catàleg del 1833, apareixen tres objectes que podrien correspondre’s a l’M91:
– l’entrada 1345 que, segons Herschel, es correspon a l’objecte II.120 catalogat pel seu pare. John Herschel registra tres observacions d’aquest objecte (3 d’abril del 1826; i 23 i 28 d’abril del 1832). Com a coordenades assenyala una ascensió recta de 12h26m52s i una distància al pol nord de 74º33’40’’. Estima el diàmetre aparent de l’objecte en 60 segons d’arc (=1 minut d’arc), i el descriu com a “brillant; rodó; força sobtadament una mica més brillant cap al centre”.
– l’entrada 1362, que Herschel identifica amb la nebulosa III.602 catalogada pel seu pare. Observa l’objecte el 3 d’abril del 1826. El descriu com a “molt feble; força gran; estès; molt gradualment més brillant cap al centre; vinculat a un estel com si en fos la cua. De fet, Herschel calcula les coordenades d’aquest estel: 12h28m28,4s i 74º48’12’’ (distància al pol nord). Sobre la configuració òptica entre estel i nebulosa, Herschel adjuntà una figura.
– l’entrada 1367 que, segons Herschel, es correspondria, per bé que completa certesa, amb l’M91. Aquest objecte fou observat el 24 de març del 1830, amb unes coordenades aproximades de 12h29m00s (ascensió recta) i 75º17’ (distància al pol nord). “Un estel brillant de magnitud +9, i 2 o 3 de més petites; prop de l’estel brillant i al SO hi ha un cos ben definit que podria ésser un estel doble estret, i al NO hi ha també una nebulosa feble”. En tot cas, Herschel remarca que “el lloc és el de la nebulosa 91 de Messier, però no crec que aquest pugui ser aquell objecte, l’existència del qual fins i tot sembla qüestionable”.

Dibuix de Michael Vlasov que mostra l’asteroide 14 Irene (el punt central més gros del centre) i, en el mateix camp, a la dreta l’M88 (galàxia espiral bulbar) i a l’esquerra l’M91 (galàxia espiral barrada). Amb aquest augment no és possible percebre la morfologia espiral d’aquests dos objectes

Els dubtes que expressava John Herschel sobre la realitat de l’M91 no eren pas una opinió personal exclusiva. De fet, en diverses reproduccions del catàleg de Messier de l’època i en la majoria de posteriors, l’M91 és considerat com un objecte espuri, o directament hom passa de l’M90 a l’M92 sense més comentari.

Val a dir, que William Henry Smyth, en el mapa sobre el “veïnat de l’M88” que inclou en el catàleg de Bedford, sí refereix l’M91 en la posició indicada per Messier. Però tampoc no ens diu explícitament que ell mateix hagi observat l’objecte en aquesta posició.

En el Catàleg General de John Herschel, són tres les entrades que podrien correspondre’s a l’M91:
– l’entrada 3093, que és la que es correspon a l’entrada 1345 del catàleg del 1833 i a l’objecte II.120 del catàleg de William Herschel. Com a posicions actualitzades s’indica una ascensió recta de 12h28m22,7s i una distància al pol nord de 74º43’45,7’’.
– l’entrada 3113, que es correspon a l’entrada 1362 del catàleg del 1833 i a l’objecte III.602 del catàleg de William Herschel. Com a posició s’indiquen les coordenades “de l’estel considerablement brillant que hi ha associat”: ascensió recta 12h29m59,1s i distància al pol nord de 74º58’8,1’’.
– l’entrada 3120, que es correspon a l’entrada 1367 del catàleg del 1833 i, possiblement [Herschel hi col•loca dos signes d’interrogació] a l’M91. Herschel, de fet, afegeix que “al nord d’aquest objecte [GC 3120] hi ha una nebulosa feble; no és l’M91, l’existència de la qual és dubtosa”.

John Dreyer revisà les entrades del Catàleg General i d’altres catàleg de nebuloses per confegir el Nou Catàleg General. La qüestió de l’M91 l’havia de resoldre d’alguna manera. Una possibilitat era identificar l’M91 amb l’objecte III.602 del catàleg de William Herschel. Més difícil era d’acceptar la identitat de l’M91 amb l’objecte GC 3120.

Dreyer, de fet, va fer una reavaluació de l’entrada GC 3120. Aquesta entrada deriva de l’entrada 1367 del catàleg del 1833 de John Herschel. Herschel va construir aquesta entrada purament resseguint les coordenades indicades per Messier en el 1781. Dreyer considerà que, comptat i debatut, GC 3120 no era més que un agregat aleatori d’estels.

Així doncs, les tres entrades que hem vist en els catàlegs anteriors es redueixen en el Nou Catàleg General a dues:
– l’entrada 4548, que es correspon a GC 3093 (i a l’objecte II.120 de William Herschel).
– l’entrada 4571, que es correspon a GC 3113 (i a l’objecte III.602).

Pel que fa a l’M91 aquesta és la conclusió de Dreyer:

L’M91, tal com el va observar Messier el 18 de març del 1781 (coordenades 12h30m30s, 75º30’) ha d’haver estat un cometa. John Herschel va trobar al NO d’aquestes coordenades una feble nebulosa, que va catalogar en l’entrada 1367 del seu catàleg del 1833. No va arribar a determinar-ne la posició. La nebulosa observada per John Herschel en aquella ocasió devia correspondre’s a l’objecte catalogat pel seu pare com a III.602”.

La conclusió de Dreyer fou prou acceptada. Al capdavall, els astrònoms ulteriors han emprat preferentment el Nou Catàleg General per identificar els objectes del “cel profund”. No obstant, el catàleg de Messier també ha rebut força interès per ell mateix i se’l reprodueix en nombroses obres astronòmiques. La majoria d’aquestes reproduccions, és clar, obvien l’M91. No és l’únic forat del catàleg (recordem també el cas de l’M40, per exemple). De vegades, l’M91 és esmentat, com fa Dreyer, com un cometa, la qual cosa resulta irònica si pensem que Messier va emprendre el seu catàleg per evitar confusions entre cometes i nebuloses. Com d’irònic seria que l’il•lustre caçador de cometes s’hagués deixat perdre un cometa confonent-lo amb una nebulosa!

L’M91 apareix en un article d’Owen Gingerich, publicat a l’Sky and Telescope de l’octubre del 1960, dins d’una llista de “els objectes de Messier perduts”. Gingerich suggeria la possibilitat que l’M91 fos una catalogació duplicada de l’M58. Aquest article va esperonar als amadors de Messier i del seu catàleg a omplir aquests forats. Calia identificar l’objecte perdut M91, ni que fos un asterisme irrellevant (com fou el cas de l’M40). Un d’aquests reivindicadors, William C. Williams, proposà la identificació de l’M91 amb l’NGC 4548 en una lletra tramesa a Sky & Telescope, i publicada el desembre del 1969.

William C. Williams traduí les coordenades de Messier per a l’M91 a l’època del 1950 (12h35m, 14ºN02’). Williams suposava que Messier havia calculat les coordenades de l’M91 a partir de les de l’M89, ja que no hi havia estels de referència en el veïnat. En traspassar-les, després, al manuscrit de l’ampliació del catàleg, Messier hauria aplicat inadvertidament la diferència a les posicions de l’M58. Aquesta hauria estat la font d’error. Recalculant les passes, hom trobava que les coordenades correctes es correspondrien a la posició de l’NGC 4548 (12h32m48s i 14ºN46’). L’M91 en conseqüència, es correspondria a l’objecte II.120 de William Herschel i a l’entrada 3093 del Catàleg General.

La identificació de Williams no ha estat acceptada de manera universal. Per això, en la literatura hom s’estima més parlar de NGC 4548. En tot cas, l’NGC 4548 és una galàxia espiral barrada (tipus SBb), amb unes mides aparents de 3,7×3,2 minuts d’arc (5,2×4,2 minuts d’arc en fotografies de major exposició). La magnitud aparent és de +10,8, la qual cosa el converteix en un dels més febles (si no el més feble) dels objectes del catàleg de Messier. Val a dir que l’NGC 4571 també és una galàxia espiral barrada, pertanyent al mateix Cúmul de Virgo, per bé que d’una magnitud aparent encara inferior (+11,3). L’M58, de magnitud aparent +10,5, finalment, també és una galàxia espiral barrada, i també és membre del Cúmul de Virgo.

Encara que adscrit al Cúmul de Virgo, d’acord amb la divisió de constel•lacions aprovada per la Unió Astronòmica Internacional, l’M91 fa part de la constel•lació de la Cabellera de Berenice

La velocitat peculiar radial de l’M91/NGC 4548 és de 400 km•s-1 (d’allunyament respecte de la Via Làctia). Com que la velocitat mitjana radial del Cúmul de Virgo és de 1100 km•s-1, la velocitat relativa de l’M91 respecte del medi intracumular és de 700 km•s-1. Normalment, s’interpreta que l’M91 és en una trajectòria de “caiguda” envers el centre del Cúmul, o bé que es troba en una fase de descens en una òrbita al voltant d’aquest centre.

Gràcies al telescopi orbital Hubble va ser possible la descoberta d’estels variables de tipus cefeid en l’M91 (Graham et al., 1997). En total, s’identificaren 24 estels cefeids putatius, amb períodes de variabilitat d’entre 16 i 38 dies. Emprant com a patró els estels cefeids de la Via Làctia i els del Gran Núvol de Magalhaes, deduïren que l’M91 se situa a una distància de 15,9±2,0 megaparsecs de la Terra. Aquestes estimacions i d’altres corresponents a altres galàxies foren emprades per fer una determinació de la constant de Hubble. En tot cas, també fornien una de les proves directes més patents de la pertinença de l’M91 al Cúmul de Virgo (i. e. descartaven que fos un membre merament òptic d’aquest camp galàctic).

Vollmer et al. (1999) estudiaren amb una resolució de 20 segons d’arc l’espectre de l’M91 pel que fa a l’HI i el CO, que informa de la distribució de gas interestel•lar. Com moltes altres galàxies espirals de cúmuls galàctics, l’M91 és una galàxia anèmica, és a dir amb una baixa concentració relativa de gas i pols interestel•lar. Resseguint aquestes dades, estudiaren les pertorbacions que afecten la part nord del disc galàctic, i deduïren que la pressió generada pel contacte de la galàxia en moviment amb el medi intergalàctic és una font de depleció de gas interestel•lar.

L’M91 fou una de les galàxies anèmiques incloses en un estudi de Fumagalli et al. (2009) sobre la depleció de gas i pols interestel•lar. Normalment, la definició de galàxia anèmica es basa en la línia espectral d’absorció de HI, corresponent a l’hidrogen atòmic. Ara bé, Fumagalli et al. trobaren que un 40% de les galàxies anèmiques també presenten depleció d’hidrogen molecular (H2).

L’M91, de prop

Vista des de la Terra, el pla de l’M91 es presenta amb una angle d’inclinació força elevat. La barra apareix en un angle de posició de 65º

L’M91 és una senyora galàxia, amb un diàmetre de gairebé 100.000 anys-llum. És clar que, per les galàxies que corren en el Cúmul de Virgo, especialment les massives galàxies el•líptiques gegants, l’M91 és un disc tènue i fràgil. La sensació de fragilitat es fa encara més patent si atenem al grau d’obertura de braços amb amplis espais interbraquials.

Hom diu sovint que les galàxies espirals són més fotogèniques que les el•líptiques. Però això es deu en bona mesura al fet que el disc de les espirals és més acolorit, per la presència de material interestel•lar nebulós i pels nodes en els quals es formen nous estels. L’M91, però, com l’M90 que visitàvem la setmana passada, és una galàxia anèmica. Les forces que desencadena el moviment de l’M91 a través del medi intergalàctic arrosseguen el gas i la pols interestel•lars de l’M91 (i no pocs estels).

Que l’M91 sigui anèmica es nota en caràcter blanquinós i esgrogueït de la llum que emet. La majoria d’estels són vells, tant se val que siguin estels del disc o dels cúmuls globulars que poblen l’halo.

Potser és injust que considerem que les galàxies anèmiques com l’M91 siguin sistemes quiescents i d’evolució passiva. Sí, és cert, que la taxa d’astrogènesi és molt baixa, i que en aquest sentit l’M91 té més en comú amb les galàxies lenticulars que no pas amb les galàxies espirals que, com la nostra, viuen en la perifèria del supercúmuls galàctics. Però a la majoria dels estels de l’M91, nans vermells, els queden moltes desenes de milions d’anys per il•luminar-la, bé sigui amb l’M91 íntegra, o quan, eventualment, sigui captada per alguna de les veïnes el•líptiques gegants.

Tagged with:
Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: