Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M92, un cúmul globular particularment brillant

El nostre viatge segueix les entrades que Charles Messier feia en el seu catàleg de nebuloses i cúmuls estel•lars. La nit del 18 de març del 1781, una vegada anotades les posicions de diverses nebuloses presents entre l’ala nord de la Verge i la Cabellera de Berenice, en part ajudat per les observacions prèvies de Pierre Méchain, Messier va registrar la posició d’una altra “nebulosa”, molt més brillant, present en la constel•lació d’Hèrcules. Això mateix fa que ara haguem d’abandonar el Cúmul de Virgo, que hem recorregut en les darreres setmanes, per tornar a la nostra galàxia, la Via Làctia, ja que la “nebulosa M92” és realment un cúmul estel•lar globular situat en l’halo de la galàxia que ens acull. Així doncs, per anar de la galàxia M91 al cúmul globular M92 hem de recórrer 63 milions d’anys-llum (19 megaparsecs; 6,0•1023 m). Els primers quinze milions d’anys-llum els dediquem a creuar el Cúmul de Virgo: en superar-los passem a un medi intergalàctic menys dens, i que ens és més familiar, esquitxat ací i allà per grups de galàxies. Finalment, al davant, ens queda el nostre Grup Local, i contemplem la cara nord del disc de la Via Làctia. No arribarem a creuar-lo, car l’M92 es troba en l’hemisferi nord de l’halo, a uns 15.000 anys-llum d’alçada respecte el pla galàctic. En aquest trajecte ens hem allunyat del centre del Supercúmul de Virgo fins a quedar-hi a 54 milions d’anys-llum. D’altra banda, des de l’M92 hi ha una distància de 31.700 anys-llum envers el centre de la Via Làctia. Pel que fa a la Terra, ens queda ara a 26.700 anys-llum que, comparada amb les escales de les distàncies galàctiques, és gairebé com ser-hi a casa. Els nostres observadors de la Terra han vist com el nostre senyal ha fet un apropament radial de 63 milions d’anys-llum, mentre que tangencialment ens hem desplaçat des dels límits de les constel•lacions de la Verge i de la Cabellera de Berenice fins a la d’Hèrcules, tot creuant la constel•lació del Bover.

Descoberta i coneixement de l’M92

La constel•lació d’Hèrcules presenta dos objectes de Messier destacables, l’M13 i l’M92. L’M13, descobert per Halley en 1714, fou catalogat per Messier en 1764, mentre que l’M92, descobert per Bode en 1777, no fou catalogat fins el 1781. Tots dos són cúmuls estel•lars globulars, de magnituds aparents similars, però l’M13 és més fàcil d’observar ja que té un diàmetre aparent superior

Amb una magnitud aparent de +6,3, l’M92 és un d’aquells objectes que es troba en el llindar de la visibilitat a ull nu. Ara bé, fins i tot en les millors condicions atmosfèriques, l’observador a ull nu difícilment n’escatirà el caràcter “nebulós”. Ara, amb l’objecte catalogat i inscrit en les cartes celestes, alguns astrònoms aficionats han reportat haver-lo vist sense assistència visual. Però sense aquestes cartes, és comprensible que l’objecte no aparegui amb seguretat en la literatura astronòmica fins el 1777. S’ha proposat que l’objecte ja havia estat catalogat uns quinze anys abans per Jérôme Lalande (entrada 31544), però en tot cas apareixia registrat com un estel.

Johann Elert Bode, en canvi, en el 1777, el va percebre com a objecte nebulós, i així el descriu en el Jahrbuch del 1779:

Vull anunciar que el 27 de desembre del 1777, vaig descobrir una nova nebulosa a Hèrcules, de la qual no tenia notícia, al sud-oest de l’estel s del seu peu, que es mostra amb una figura aproximadament rodona i amb una pàl•lida lluïssor. L’objecte es troba [coordenades eclíptiques] a una longitud d’11º [de Sagitari, és a dir a uns 251º des del punt d’Àries] i a una latitud de 66ºN. Al costat hi ha dos estels petits que no apareixen en el catàleg de Flamstead.

Diagrama de l’M92 i del seu context fet per Aletta Schlosser. Els punts que apareixen en la imatge són estels interposats, situats en el disc galàctic a distàncies de centenars o milers d’anys-llum, mentre que l’M92 queda més lluny, a uns 26.700 anys-llum de distància

Bode acompanyà aquest report amb una figura. Va introduir l’objecte en el seu catàleg, en l’entrada 76, sota la descripció següent:

Una nebulosa. Més o menys rodona, amb una lluïssor pàl•lida”.

Charles Messier no sembla haver conegut el catàleg de Bode, de manera que va anotar com a descoberta pròpia aquest objecte, del qual va determinar la posició el 18 de març del 1781:

Nebulosa, bella, distinta i molt brillant, entre el genoll i la cama esquerra d’Hèrcules, que es pot veure molt bé en un telescopi d’un peu de longitud focal. No conté cap estel; el centre és clar i brillant, envoltat de nebulositat, i recorda el nucli d’un gran cometa. Per lluminositat i mida, s’apropa molt a la nebulosa que hi ha en el cinyell d’Hèrcules [l’M13]. La posició de l’M92 és d’una ascensió recta de 257º38’03’’ i una declinació nord de 43º21’59’’, determinada per comparació directa amb l’estil Sigma Herculis, de magnitud +4. L’M92 i Sigma Herculis es troben en el mateix paral•lel. El diàmetre aparent de l’M92 és de 5 minuts d’arc”.

Així doncs, comptat i debatut, el 18 de març del 1781, Messier va catalogar un total de nou objectes (M84-M92). Va ser la nit més productiva de Messier en aquest sentit.

William Herschel va observar l’M92 en el 1783 a partir de les coordenades ofertes per Messier. En el telescopi de 2 peus, amb un augment de x15, indica que “sembla un estel nebulós”. Amb tot, amb el telescopi de 7 peus, amb un augment de x227, ja el pot resoldre “en estels molt petits”, tret que encara confirma amb un augment de x460. Amb el telescopi de 20 peus, el descriu com “un cúmul brillant d’estels, de 6-7 minuts d’arc de diàmetre”.

Herschel tornà a observar l’objecte en el 1787 i en el 1799. Amb diferents augments anotava l’aspecte de l’objecte, amb la finalitat de determinar-ne la “profunditat”. En el 1805, amb el telescopi de 10 peus, calcula el diàmetre de “la part més condensada” en 3 minuts i 16 segons d’arc. En el 1818, analitzant les descripcions fetes amb el telescopi de 7 peus en el 1783, estima la “profunditat” de l’M92 en un ordre de 243 (és a dir, situat a 243 = 35 vegades la distància típica dels estels de magnitud +1).

En aquest dibuix de Jeremy Perez, fet a un augment de x120, l’M92 ja apareix, no pas com un objecte nebulós, sinó com un eixam de petits estels

Com la resta dels objectes de Messier i part dels de Herschel, l’M92 apareix en el catàleg d’estels i de nebuloses de Francis Wollaston, publicat en el 1789.

En el catàleg de Bedford, William Henry Smyth col•loca l’M92 en l’entrada 611, i assigna l’objecte a la constel•lació d’Hèrcules, amb unes coordenades d’ascensió recta de 17h13m14s i una declinació nord de 43º18’24’’. D’acord amb les observacions fetes pels volts del juliol del 1835, aquesta és la descripció de l’almirall Smyth:

Un cúmul globular d’estels diminuts, que precedeix la cama dreta d’Hèrcules. Aquest objecte és gran, brillant i resoluble, amb un centre molt lluminós; i, sota una visió òptima, presenta vores irregulars d’aspecte aquós. La precedeix immediatament un estel de magnitud +12, diferenciat dels estels perifèrics de la nebulosa, i hi ha diversos estels més en el camp, dels quals el més brillant és de magnitud +7 i es troba al NE, a una distància de 28 segons d’ascensió recta. Messier, que el va catalogar en el 1781, remarcà que “que es pot veure molt bé en un telescopi d’un peu de longitud focal”, i de fet demana ben poc ajut òptic per fer-se visible. L’instrumental de Messier, segons sembla, no el resolgué, ja que compara l’objecte amb el nucli d’un cometa envoltat de matèria nebulosa. Però els telescopis reflectors de Herschel, en el 1783, ja el demostraren un cúmul estel•lar brillant, d’un diàmetre de 7-8 minuts d’arc. Les coordenades que indico les vaig obtindre amb una diferenciació acurada del cúmul respecte d’Eta Herculis, que es troba en direcció NE a una distància d’1,5º. El cúmul queda al nord d’Alfa Herculis i a l’oest de Vega (Alfa Lyrae)”.

Smyth hi adjunta un dibuix de l’M92 i del seu entorn.

Astrofotografia de l’M92, per Hunter Wilson

John Herschel inclou l’M92 en el Catàleg General, en l’entrada 4294. Com que ell mateix no va fer cap observació de l’M92, l’entrada es basa en les observacions de Charles Messier i de William Herschel. A partir del catàleg de Francis Wollaston, calcula per al 1860 unes coordenades de 17h12m56,9s (ascensió recta) i 46º43’31,2’’ (distància al pol nord), refermades, a més, amb la comparació de les dades calculades recentment per Arthur Auwers (que difereixen en 0,1 segons d’ascensió recta i 3 segons d’arc de distància al pol nord). John Herschel també proposa una identitat entre l’M92 i l’objecte 31544 del catàleg de Jérôme Lalande. L’M92 és descrit en el Catàleg General com “un cúmul globular; molt brillant; molt gran; extremadament comprimit cap al centre; ben resolts; estels petits”.

En el 1864, William Huggins inclou l’M92 en el seu article sobre mesures espectromètriques d’objectes astronòmiques, publicat en el Philosophical Transactions:

Cúmul molt brillant d’estels. Es col•locà l’obertura damunt de la porció central brillant de l’objecte, i s’obtingué un espectre feble similar al d’un estel. En l’espectre s’hi reconeixen les línies C, D i G de Fraunhofer.”.

Étienne Léopold Trouvelot dibuixà l’M92. Aquest dibuix, juntament amb d’altres de Trouvelot fou publicat en litografia en els Annals of the Observatory of Harvard College. John Dreyer, l’estiu del 1877, inclou una referència al dibuix de Trouvelot en la reedició del Catàleg General.

En el 1886, Hermann Schultz publica un estudi sobre cúmuls estel•lars telescòpics, entre els quals inclou l’M92.

En el Nou Catàleg General, John Dreyer col•loca l’M92 en l’entrada 6341. Manté la identificació amb l’objecte 31544 del catàleg de Lalande, però no fa referència al catàleg de Bode. A banda del dibuix de Trouvelot, es refereix als dibuixos de Winlock i de Schultz.

Heber Curtis inclou l’M92 en el seu catàleg fotogràfic de nebuloses i cúmuls. De l’M92 diu que és “un cúmul globular brillant i inusualment condensat; el diàmetre global és de 10 minuts d’arc, i la part central brillant és de 2 minuts d’arc”.

En l’escala de Shapley-Sawyer de concentració de cúmuls globulars, que va de l’I (major concentració) al XII, l’M92 es trobaria en la classe IV

Els diagrames de magnitud absoluta-tipus espectral, com el que idearen en el 1910, Ejnar Hertzsprung i Henry Norris Russell, són particularment útils per caracteritzar els cúmuls globulars. De fet un cúmul globular suposa un agregat d’estels relativament homogenis i, el que és més important, concentrats en un mateix punt de l’espai (i per tant situats a la mateixa distància). En aquests diagrames, s’obté una distribució dels estels segons la tipologia. Per exemple, que el diagrama de Hertzsprung-Russell de l’M92 sigui desplaçat cap a estels més brillants i més blaus que no pas el de l’M13, és un indicador que els estels de l’M92 són una mica més joves que el de l’M13. Tot i amb tot, parlem d’estels de població II, els més antics de la galàxia.

La identificació d’estels variables en cúmuls globulars és rellevant no tan sols per caracteritzar els cúmuls globulars sinó també per calibrar els indicadors de distància astronòmica que són alguns dels tipus d’estels variables. L’M92, però, no ha estat gaire generós en aquest respecte. S’hi han descrit únicament 20 estels variables, dels quals 17 són variables de tipus RR Lyrae i 1 és de tipus W Ursae Majoris (Kopacki, 2001). Els estels variables de tipus W Ursae Majoris són excepcionals en els cúmuls globulars, segurament perquè les interaccions gravitatòries pertorben a llarg termini els estels binaris, i els estels variables W Ursae Majoris són, al capdavall, estels binaris eclipsants.

Els períodes de variabilitat de les RR Lyrae de l’M92 és relativament llarg, per la qual cosa aquest cúmul globular ha estat classificat en la tipologia de Pieter Oosterhoff com a OoII. El baix índex de metal•licitat (és a dir la baixa proporció d’elements de massa superior a l’heli) n’és característic.

La velocitat radial de l’M92 respecte de la Terra s’ha estimat en 112 km•s-1 d’aproximació. Drukier et al. (2006) determinaren les velocitats radials de 299 estels de l’M92, a partir de la qual deduïren la cinemàtica global del sistema (velocitats relatives entre els estels; taxa d’ejecció d’estels fora del cúmul globular).

Paust et al. (2007) examinaren dades fotomètriques de 50.000 estels de l’M92, gràcies al qual pogueren determinar la funció de lluminositat i l’índex de metal•licitat d’aquest cúmul globular.

Chen i Chen (2010) determinaren les distorsions morfològiques de 116 cúmuls globulars de la Via Làctia, incloent-hi l’M92. L’eix menor de l’M92 és un 89% de la mida de l’eix major, cosa que indica una el•lipticitat baixa-moderada.

Lu et al. (2011) identificaren unes 10 fonts de raigs X en el nucli de l’M92, de les quals 5 es troben en el cor central. Els autors atribuïren, si més no, la meitat d’aquestes fonts a estels variables cataclísmics.

En l’actualitat, l’M92, es troba a una distància al pol nord de 46º51’48’’. La distància al pol nord en el 1860 era de 46º43’31’’, és a dir uns 12 minuts d’arc inferior. La precessió dels equinoccis fa que l’M92 vagi augmentant la seva distància al pol nord, que arribarà a un màxim d’ací a 2000 anys. Però a partir de llavors, la distància al pol nord de l’M92 disminuirà. En el VIII mil•lenni d.C., l’M92, i de fet tota la constel•lació Hèrcules, serà circumpolar. I, pels volts del XVI mil•lenni d.C., la distància al pol nord serà mínima, tal com ho fou també pels volts del X mil•lenni a.C. Es tracta d’una mera curiositat sense rellevància, car l’M92, amb una magnitud aparent subòptica no pot fer el rol, que al llarg del Gran Any fa en els nostres segles Alpha Ursae Minoris.

Esquema de la precessió de pol nord celeste. Actualment, el pol nord celeste es troba en el lloc oposat a les constel•lacions de la Llira i d’Hèrcules. Val a dir, però, que el cercle no es tanca amb perfecció, ja que molts estels tenen velocitats tangencials prou rellevants com per desfigurar les constel•lacions en qüestió de desenes o centenars de milers d’anys. En el cas de l’M92, però, amb una velocitat tangencial molt més reduïda que la dels estels del nostre veïnat, el pol nord celeste s’hi atansa amb una freqüència de 26.000 anys. Si observeu el cicle veureu com la nostra època és especial, ja que no és gens habitual que un estel de magnitud +2 com l’estel Alpha Ursae Minoris ocupi un lloc tant proper al pol nord celeste

L’M92 en xifres

Imatge de l’M92 obtinguda des de l’Observatori del Roque de los Muchachos, a la illa canària de La Palma

Des de l’M92, l’M13 ens apareix com un objecte de magnitud +3 que, situat a uns 6.000 anys-llum, i amb una mida aparent d’1º. Si fa no fa, l’M92 té un aspecte similar des de l’M13. Per això, ara que som al costat de l’M92, hem d’expressar una protesta pel fet que l’M13 hagi enfosquit l’M92. Però l’M13 pot exhibir en les credencials haver estat descobert per Edmond Halley i el fet d’haver estat el receptor del famós missatge emès des d’Arecibo en 1974 (el qual, sigui dit de passada, ha recorregut tan sols una mica més del 0,1% de tot el trajecte per arribar-hi), de manera que l’M92 ha de conformar-se amb ser el germà pobre de l’M13 des de la perspectiva dels ulls terrestres. Tot i amb tot, l’M92 és un dels cúmuls globulars més brillants de la Via Làctia (-8,3).

Però nosaltres som ara al costat de l’M92. Com els altres cúmuls globulars, l’M92 és una autèntica microgalàxia, formada per milers i milers d’estels, amb una massa total de 6,6•1035, concentrada en un radi de no pas gaire més de 50 anys-llum. La densitat material de l’M92, així, és més de mil vegades superior a la que trobem en un radi de 50 anys-llum a la rodona del nostre Sol (volum en el qual trobem una mica més de 100 estels). Però la densitat de l’M92 no és homogènia, i bona part de la massa es concentra en un radi més petit, en un nucli de 15 anys-llum. Així, el 50% de la lluminositat de l’M92 es concentra en un radi de 23 anys-llum. La perifèria de l’M92, però, s’estén molt més lluny, i el radi mareal s’estima en 350 anys-llum.

Tot i amb tot, l’M92 no presenta el signes de “col•lapse de nucli” que sí hem vist en altres cúmuls globulars. Quan ens endinsem en les capes més internes de l’M92 quedem aclaparats per la intensa lluminositat que ens envolta, però no ens enganyem, car fins i tot els estels supergegants són poc més que mers punts, separats els uns dels altres per milers d’unitats astronòmiques. El sancta sanctorum, de l’M92, constituït per un nucli de 1,5 anys-llum de diàmetre, és de totes formes impressionant.

Imatge del nucli de l’M92 obtinguda pel telescopi orbital Hubble. El costat de la imatge és de 1,44 minuts d’arc, que es correspon a uns 67 anys-llum

Els estels de l’M92 són molt antics. L’índex de metal•licitat, expressat com a relació logarítimica entre l’abundància de ferro i d’hidrogen és de -2,29 (és a dir, que la metal•licitat del nostre Sol és 200 vegades superior). Encara que hi ha cúmuls globulars amb estels més vells, com el mateix M13, els membres de l’M92 es formaren en els moments primigenis no tan sols de la Via Làctia sinó de l’univers sencer.

L’M92 es troba en òrbita al voltant del centre galàctic. En l’actualitat, cobreix la part de l’òrbita situada en l’hemisferi nord de l’halo galàctic, i es dirigeix al punt de creuament amb el disc galàctic. Com que aquest punt de creuament es troba en la perifèria del disc (en la zona dels braços i dels espais interbraquials), s’explica que l’M92 mantingui una figura sanota, tan fotogènica.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
2 comments on “Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M92, un cúmul globular particularment brillant
  1. Francesc ha dit:

    A través del telescopi realment és molt xulo! Aquí us deixo una foto feta des de Palamós amb medis d’aficionat: http://www.astroemporda.net/2012/03/bon-temps-fotos-1-de-2-nebulosa-m78-i-cumul-m92/

Els comentaris estan tancats.

%d bloggers like this: