Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M94, una galàxia espiral amb dues estructures anulars

Ja en alguna altra ocasió havíem advertit que, com més avancéssim en el nostre repàs del catàleg de Charles Messier més ens veuríem obligats a fer trajectes intergalàctiques, i menys estona ens passaríem en la nostra pròpia galàxia. Efectivament, ara ens toca deixar l’M93, un cúmul obert de la nostra Via Làctia per anar a l’M94, una galàxia que encapçala un dels grups galàctics que, com el nostre, esquitxen la perifèria del Supercúmul de Virgo. Farem un trajecte de 16 milions d’anys-llum (4,9 milions de parsecs; 1,5•1023 m), que ens fa sortir del nostre Grup Local de Galàxies per anar a parlar al Grup de l’M94. Aquesta singladura ens fa apropar-nos al centre del Supercúmul en una mica més de 13 milions d’anys-llum (per quedar-hi a una distància de 41 milions d’anys-llum). Per als observadors de la Terra, el nostre senyal, radialment allunyat e 16 milions d’anys-llum, passa de la constel•lació de la Popa del Vaixell Argos a la dels Gossos de Cacera, tot passant per la Serp d’Aigua i el Lleó.

Descoberta i coneixement de l’M94

La primera referència coneguda d’aquest objecte la devem a Pierre Méchain que, el 22 de març del 1781, la identificà com a nebulosa amb unes coordenades d’ascensió recta de 190º09’38’’ i una declinació nord de 42º18’50’’.

Méchain comunicà la descoberta a Messier, qui dos dies més tard, el 24, va registrar l’objecte:

Coordenades de 190º10’46’’ (ascensió recta) i 42º18’43’’ (declinació nord). Nebulosa sense estel, damunt del Cor d’en Carles [Cor Caroli = Alpha Canum Venaticorum], en el paral•lel de l’estel 8 Canum Venaticorum, de magnitud +6: en el centre és brillant i la nebulositat és una mica difusa. Recorda la nebulosa que hi ha sota la Llebre [M79], però aquesta és més bella i més brillant. Fou descoberta per Pierre Méchain el 22 de març del 1781. Té un diàmetre aparent de 2,5 minuts d’arc”.

La comparació amb l’M79 és justificada. Malgrat que l’M79 és, ara ho sabem, un cúmul globular d’estels situat a 41.000 anys-llum, mentre que l’M94 és una galàxia situada a 16 milions d’anys-llum, l’aspecte aparent de tots dos objectes (nebulosa arrodonida, de magnitud aparent de +8/+9) és comparable.

La constel•lació dels Gossos de Cacera acull diversos grups de galàxies, entre els quals el grup de l’M94. En dues ocasions anteriors hem visitat el veí Grup de l’M51 (quan visitàrem l’M51a i l’M63).

William Herschel observa aquest objecte en dues ocasions en el 1787:
– el 18 de març, quan el descriu com un objecte “molt brillant, gran, amb un nucli lluminós de més de 20 segons d’arc de diàmetre, amb una feble cabellera i branques que s’estenen 6 o 8 minuts d’arc.
– el 9 d’abril: “molt brillant, amb molta nebulositat feble cap al SO i també en el costat E.

Imatge de l’M94 obtinguda per Adrian Brown

John Herschel registrà l’M94 en el seu catàleg del 1833 en l’entrada 1456, d’acord amb diferents observacions:
– 28 d’abril del 1827: “Observació de l’M94. Molt brillant; molt sobtadament més brillant cap al centre; diàmetre de 4 minuts d’arc. No resolta en estels, però de llum resoluble. És un objecte molt interessant, en tant que és una nebulosa molt sobtadament molt més brillant cap al centre a gran escala”.
– 6 de maig del 1828. Calcula unes coordenades de 12h42m52,9s (ascensió recta) i una distància al pol nord de 47º56’51’’. “La part brillant central, de 10 segons d’arc de diàmetre, equivalent a un estel de magnitud +9, és extremadament comprimida”.
– 12 de maig del 1828. “Molt brillant; gran; molt sobtadament més brillant cap al centre, gairebé fins a formar un nucli amb forma de mugró. No el puc resoldre en estels, però és que hi ha una forta llum crepuscular”. D’aquesta nit data una figura que adjuntarà en el catàleg del 1833.
– encara en maig del 1828, fa una altra observació: “molt brillant; rodó; molt sobtadament força més brillant cap al centre, fins a formar un mugró; amb un augment de x240, se’l veu motejat; s’hi veuen indicis d’estels”. Afegeix que és “un bell objecte, entre 90 segons i 2 minuts d’arc de diàmetre”.
– 12 d’abril del 1830: “brillant; gran; rodó o poc estès; sobtadament més brillant cap al centre en un nucli de 15 segons d’arc de diàmetre, i equivalent a un estel de magnitud +8; objecte ben definit, però no estel•lar; el diàmetre de la nebulosa és de 2 minuts d’arc”.
– 18 de març del 1831: “extremadament brillant; rodó; molt sobtadament força més brillant cap al centre en un nucli que fa una impressió visual equivalent a un estel de magnitud +9, però que no suporta una il•luminació superior a +11; el diàmetre és de 2,5 minuts d’arc”.

William Henry Smyth inclou l’M94 en l’entrada 459 del catàleg de Bedford. Observada pels volts de l’abril del 1834, amb unes coordenades d’ascensió recta de 12h43m22s i declinació nord de 41º59’42’’ i adscrita a la constel•lació dels Gossos de Cacera, en fa aquesta descripció:

Una gran i brillant nebulosa descoberta per Méchain el 1781, que precedeix immediatament la corona del Cor del rei Carles. És un bell objecte blanc pàl•lid, amb símptomes evidents d’ésser un cúmul comprimit de petits estels. Es fa més brillant cap al centre, i l’augment gradual d’intensitat des del marge fins al centre d’aquest objecte aparentment orbicular, és una prova directa de l’esfericitat real de la massa estel•lar. Hi ha diversos estels petits en el camp, dels quals un, en el quadrant SE, és doble. La posició la vaig diferenciar a partir de l’estel Cor Caroli, del qual dista tan sols 2,5º al NO.

Smyth pensa, doncs, que l’M94 és realment un cúmul globular que, per llunyania, no s’ha pogut resoldre en estels individuals. En els anys 1840, William Parsons, lord Rosse, però, va tipificar les nebuloses espirals. L’M94 seria identificada com a nebulosa espiral i, per tant, de forma discoïdal i no pas esfèrica com suposava Smyth

L’espai és tridimensional, però els objectes celestes es poden descriure únicament en dues dimensions (latitud/longitud; declinació/ascensió recta). A baix augment, podem prendre l’M94 bé com una bola de material, o com un disc de material. A més augment, distingim una forma espiral, però fins i tot llavors poden quedar-nos dubtes sobre el gruix de la regió central de l’espiral

En el Catàleg General, John Herschel col•loca l’M94 en l’entrada 3258, amb unes coordenades actualitzades a l’any 1860 (ascensió recta de 12h44m17,2s i distància al pol nord de 48º06’31,8’’) i amb les descripcions fetes amb motiu del catàleg del 1833: “molt brillant; gran; irregularment rodona; molt sobtadament més brillant cap al centre, on hi ha un nucli brillant; motejada”. Ho il•lustra amb el dibuix fet el 1828.

William Lassell publicà un dibuix de l’M94 a les Memoirs of the Royal Astronomical Society que, en el 1877, John Dreyer afegí a la nova edició del Catàleg General.

En el Nou Catàleg General, Dreyer col•loca l’M94 en l’entrada 4736.

Heber Curtis inclogué l’M94 en el seu catàleg fotogràfic, amb dues plaques, que li permeteren fer la descripció següent:

Un bell objecte. Des del nucli gran i força brillant brollen molts remolins brillants i estretament empaquetats, que formen un oval interior brillant de 2×1,5 minuts d’arc amb un angle de posició de 110º. Aquests remolins interiors mostren moltes condensacions estel•lars, l’agudesa i proximitat de les quals al nucli semblarien constituir l’M94 en un dels exemples més favorables coneguts per a la investigació del moviments en espirals. Amb els remolins exteriors, més febles i força uniformes, però estretament empaquetats, la nebulosa fa un total de 5×3,5 minuts d’arc”.

En els anys 1920, hom refermaria la convicció que les nebuloses espirals són autèntiques galàxies comparables amb la Via Làctia. Edwin Hubble tingué un paper central en demostrar-ho, i alhora presentà una proposta de classificació de galàxies. L’M94 és, sens dubte, una galàxia espiral (S), però ha estat més discutida la categorització bé en espiral barrada (Sb) bé en espiral bulbar (Sa). La regió central de l’M89 sembla ovalada, és a dir a mig camí entre barra i el bulb (Sab).

Fotocomposició de l’M94 feta a través d’imatges obtingudes en la banda de llum visible, ultraviolada i infraroja

El fet que l’M94 sigui una galàxia relativament propera ha facilitat les mesures tendents a establir-ne la distància. Tonry et al. (2001), en el marc de l’estudi SBF (fluctuació de lluminositat superficial) sobre les distàncies de 300 galàxies, l’estimaren en 17,0 ± 1,4 milions d’anys-llum. Karachentsev et al. (2003) analitzaren dades de flux dels estels individuals més brillants de 18 galàxies del grup de l’M94, incloent-hi l’M94, que els permeteren avaluar-ne la distància en 13-17 milions d’anys-llum.

Segons de Vaucoulers (1975) l’M94 és el centre d’un grup de galàxies, entre les quals també hi hauria l’M64. Aquesta opinió la compartien Schmidt i Boller (1992), en el seu catàleg de 289 galàxies properes. En canvi, altres autors com R. Brent Tully (1988) exclouen l’M64 del grup de l’M94 i hi afegeixen galàxies properes a l’NGC 4244.

Ho et al. (1997) examinaren per espectroscòpia òptica les regions nuclears (d’un radi no superior a 200 parsecs del centre) d’un gran nombre de galàxies properes, inclosa l’M94. Caracteritzaren el nucli de l’M94 com una “regió d’emissió nuclear de baixa ionització” (LINER).

El bulb o barra galàctica de l’M94 ha estat classificada com a pseudobulb, és a dir com el resultat de transformacions secundàries de la galàxia, en un procés que ha estat revisat per Kormendy i Kennicutt (2004).

En l’M94 destaca la presència de dues estructures anulars, en ressonància gravitatòria respecte del disc galàctic. Muñoz-Tuñón et al. (2004) estudiaren l’anell intern, ric en hidrogen II, i n’estudiaren l’activitat astrogènica. La complexitat de tota aquesta regió externa ha estat posada de manifest per Trujillo et al. (2009).

Jałocha et al. (2008) han estudiat algunes de les anomalies de l’M94. De fet, l’M94 presenta unes relacions de rotació/distància i de densitat de gas hidrogen, que indicaria una molta baixa component de matèria fosca. A diferència de la majoria de galàxies espirals, on tot indica que el principal component és matèria fosca que permet l’estructuració de la matèria visible/bariònica, en l’M94 no caldria pensar en un halo galàctic amb una elevada densitat gravitatòria. No obstant, els models galactogènics actuals no conceben la formació d’una galàxia sense matèria fosca. Alternativament, l’M94 podria haver-se format a través d’una massa de matèria fosca que, després, ha estat perduda, però tampoc no hi ha models satisfactoris per explicar-ho.

L’M94 de prop

En les imatges de l’M94 és possible distingir, més enllà del disc galàctic, la presència d’anells galàctics de material més difús

El disc espiral de l’M94 fa un diàmetre mitjà de 50.000 anys-llum. En aquest sentit és una galàxia espiral de dimensions modestes (la nostra Via Làctia dobla aquest diàmetre). No obstant, més enllà, del disc, trobem dos anells de materials, en ressonància gravitatòria respecte del disc. En la primera d’aquestes estructures anulars trobem regions astrogèniques i els resultants cúmuls oberts de joves estels blaus. L’anell més exterior, que suposa un 23% de la massa estel•lar total de la galàxia, conté una població estel•lar de llum groga, més envellida, per bé que també hi ha signes d’una activitat astrogènica moderada (de vora el 10% de l’activitat astrogènica total de la galàxia).

El nucli de l’M94 és una regió caracteritzada per la presència de gas de baixa ionització. El bulb que l’envolta és, en realitat, un pseudobulb. A diferència del bulb de la nostra galàxia, el pseudobulb de l’M94 és una regió d’intensa activitat astrogènica.

Des de la nostra visió estàtica, se’ns fa difícil dir quin és l’origen dels anells de l’M94. Ens inclinem a pensar que són el resultat de la desfeta progressiva d’una galàxia satèl•lit. Al capdavall, estructures semblants, si bé no tan pregones, les hem vistes també en la nostra pròpia Via Làctia.

L’M94 destaca, doncs, pel seu pseudobulb i pels seus anells. Però encara més estranya resulta l’absència relativa de matèria fosca. Pensem que, d’alguna manera, l’M94 ha escapat de la concreció inicial de matèria fosca que li donà forma.

El Grup de Galàxies de l’M94

En altres ocasions ja havíem visitat el Grup de Galàxies de l’M51, però aquesta és la primera vegada que visitem el Grup veí de l’M94. En general, aquests grups galàctics, com el nostre, consisteixen en agregats de galàxies que res tenen a veure amb el caràcter compacte dels autèntics cúmuls galàctics com el de Virgo. Així doncs, el medi intergalàctic a l’interior d’aquests grups no és gaire diferent del medi intergalàctic que hi ha entre grups.

El Grup de l’M94 també apareix en la literatura com el Grup de Canes Venatici I. Des del nostre cel apareix dividit entre les constel•lacions dels Gossos de Cacera i de la Cabellera de Berenice. A grans trets, el Grup de l’M94 es troba a mig camí (més ben dit, a un 30% del camí) entre el nostre Grup Local i el Cúmul de Virgo.

Dins del Grup podem fer una diferenciació entre una regió central, més estretament vinculada gravitatòriament a l’M94, i un seguit de galàxies amb posicions més perifèriques. Moltes de la galàxies centrals són autèntiques galàxies satèl•lits de l’M94. Podem suposar que l’anell exterior de l’M94 és el resultat de la disrupció d’una o més d’una galàxies satèl•lits.

Mapa del Supercúmul de Virgo. Més enllà dels cúmuls autèntics, com Virgo, Fornax o Eridanus, la resta d’agregats galàctics són grups molt menys poblats i menys densos. L’M94 seria un dels “Canes Groups” que s’indiquen en el gràfic

Les galàxies més grans del grup són espirals: M94, NGC 4244, NGC 4395, NGC 4144, IC 4182. La resta són galàxies irregulars (IC 3687, NGC 4190, NGC 4214, NGC 4449, UGC 6817, UGC 7559, UGC 7577, UGC 7698, UGC 8320).

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