Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M99, una galàxia espiral en caiguda accidentada envers el centre del Cúmul de Virgo

Farem ara un salt intergalàctic relativament petit. Les galàxies M98 i M99 són totes dues properes en el cel (i per això foren descobertes la mateixa nit per Pierre Méchain) i properes en l’espai. En temps reculats, fa uns 750 milions d’anys, van tindre una aproximació mútua. Ara, és a dir, en un ara que per vosaltres no tindrà lloc fins d’ací a 45 milions d’anys, la distància que hem de creuar per saltar de l’M98 a l’M99 és de 1,3 milions d’anys-llum (400 kiloparsecs; 1,2•1022 m). Viatgem, doncs, a través de l’anomenat Núvol N del Cúmul de Virgo, i ens apropem en 1 milió d’anys-llum cap al centre del Supercúmul (per quedar-hi a 8,9 milions d’anys-llum, orientats cap al Sector A del Cúmul). Els observadors de la Terra veuen com el nostre senyal es desplaça lleument pel mateix sector de la Cabellera de Berenice, per bé que alhora fa una trajectòria radial d’allunyament de 800.000 anys-llum.

Descoberta i coneixement de l’M99

Com dèiem la setmana passada, la nit del 15 de març del 1781, Pierre Méchain descobrí en la constel•lació de la Cabellera de Berenice tres nebuloses addicionals, pertanyents a l’agregació de nebuloses de la Verge/Cabellera que, amb l’ajut de Charles Messier, havia detectat setmanes abans. Méchain comunicà aquestes descobertes a Messier.

Fins llavors, en ordenar les entrades per al seu catàleg de nebuloses i cúmuls estel•lars, Messier havia seguit l’ordre cronològic d’observació personal i determinació precisa de posicions. En canvi, a aquestes alçades, el catàleg de Messier ja és ben bé el catàleg de Messier-Méchain. Així, encara que Messier, no va observar aquestes tres nebuloses fins el 13 d’abril, sí que tingué present la data de descoberta de Méchain per col•locar-les en les entrades 98 a 100 del catàleg.

Quant a la segona nebulosa descoberta per Méchain la nit del 15 de març, que va rebre l’entrada 99 del catàleg, Messier en diu el següent:

Ascensió recta de 181º55’19’’ i declinació nord de 15º37’12’’. Nebulosa sense estels, d’una llum molt pàl•lida, però una mica més clara que l’anterior [l’M98], situada en l’ala nord de la Verge, i prop del mateix estel, 6 Comae Berenices. La nebulosa es troba entre dos estels de magnituds +7 i +8”.

Mapa celeste que mostra algunes de les nebuloses més destacades de la constel•lació de la Cabellera de Berenice, entre l’M98, l’M99 i l’M100, descobertes per Méchain el 15 de març del 1781.

Efectivament, l’M99 és d’una magnitud aparent (+10,4) un xic superior a l’M98 (+11.0). Totes dues són galàxies espirals de dimensions similars, però respecte del pla de visió de la Terra, l’M99 ens apareix com un disc circular mentre que l’M98 se’ns apareix com un disc el•líptic de forta excentricitat. No obstant, amb el seu instrumental, Messier no podia percebre cap morfologia clara de cap dels dos objectes.

En canvi, William Herschel observà el 14 de gener del 1787 l’M99 amb un instrument més potent. La refereix com una nebulosa “molt brillant, molt gran, força gradualment molt més brillant cap al centre, i la lluminositat pren un gran espai”.

L’M99 és una galàxia espiral ben pregona, degut al fet que l’observem des d’un angle pràcticament perpendicular al pla

En el catàleg de John Herschel del 1833, l’M99 apareix en l’entrada 1173, d’acord amb diferents observacions consecutives:
– 21 d’abril del 1832: Herschel determina una distància al pol nord de 74º46’56’’. No es tracta d’una bona observació, degut a la boira, però indica que es tracta d’un objecte “brillant; gran; rodó; gradualment més brillant cap al centre”.
– 23 d’abril del 1832: ascensió recta de 12h10m10.8s i distància al pol nord de 74º36’55’’. “Brillant; rodó; gradualment més brillant cap al centre; llum motejada; diàmetre de 5 minuts d’arc”- 26 d’abril del 1832: “no molt brillant; rodó; molt gradualment més brillant cap al centre; diàmetre de 5 minuts d’arc”.
– 28 d’abril del 1832: “força brillant; molt gran; rodó; gradualment més brillant cap al centre; llum motejada; 5 minuts d’arc de diàmetre.

L’M99 no té entrada pròpia en el catàleg de Bedford, però William Henry Smyth esmenta aquesta nebulosa en l’entrada 438, la corresponent a la nebulosa I. 35 del catàleg de William Herschel (l’NGC 4216):

Gairebé seguint-la [l’NGC 4216] a tres minuts d’arc, i a 1,25º al nord, hi ha l’M99, una gran nebulosa rodona que, per bé que pàl•lida, és ben definida en el meu instrument”.

El caràcter espiral de l’M99 no fou percebut fins la primavera del 1846 per William Parsons, Lord Rosse. Lord Rosse ja havia identificat, la primavera del 1845, el caràcter espiral de l’M51. En un principi, però, Lord Rosse considerà que la “disposició espiral” de l’M99 era d’un caràcter diferent de l’M51, segurament fent referència al fet que mentre l’M99 és una espiral de braços més oberts, l’M51 és més tancada i simètrica.

Encara que Lord Rosse disposava dels instruments més avançats de l’època, aclareix que “l’M99 és fàcil de veure, i probablement un instrument més petit, sota circumstàncies favorables, mostrarien tot allò que jo he vist”.

Aquests dibuixos de Jeremy Perez mostren el caràcter espiral de l’M99, amb tres braços, dels quals un s’estén considerablement

Lord Rosse observà en quatre ocasions addicionals l’M99 amb el telescopi de sis peus:
– 11 de març del 1848: “espiral amb un estel brillant al damunt; una porció prima de la nebulosa arriba a l’alçada d’aquest estel i el passa en una certa distància; l’espiral principal és la inferior, i gira cap a la dreta.
– 20 de març del 1848: “espiral molt evident, encara que la nit és dolenta; la nebulosa no arriba a l’estel superior”.
– 16 d’abril del 1849: Lord Rosse pren mesures de dos estels veïns, que designa com a “1” i com a “2”.
– 17 d’abril del 1849: pren mesures dels estels “1” i “2”, però també de dos més, el “3” i el “4”. Concretament mesura les distàncies, en minuts d’arc, al centre de l’M99, bo i prenent nota de les discrepàncies entre diferents observacions per tindre una idea de la precisió d’aquestes observacions.

En el 1850, Lord Rosse publicava al Philosophical Transactions diversos reports i dibuixos sobre aquestes observacions, així com una llista de “nebuloses espirals”, entre les quals inclou l’M99.

Dibuix de l’M99 per Lord Rosse. En aquest esquema (fet en negatiu, és a dir, les zones més negres són les més lluminoses) consigna la presència de quatre petits estels. Lord Rosse suposava, correctament, que aquests estels eren estels superimposats a la nebulosa, molt més llunyana. Però gràcies al referent dels estels, hom podria estudiar possibles evolucions dels braços espirals o un possible moviment de rotació del sistema

En el Catàleg General, John Herschel col•loca l’M99 en l’entrada 2838. Assenyala, per al 1860, una ascensió recta de 12h11m41,8s i una distància al pol nord de 74º48’7,6’’. “Objecte molt remarcable; segons William i John Herschel, brillant, gran, rodó i gradualment més brillant cap al centre, i de llum motejada; segons Lassell, una espiral de tres braços”. Malgrat la referència a William Lassell, la figura adjunta és la publicada Lord Rosse en el 1850.

En la reedició del Catàleg General del 1877, John Dreyer sí que inclou referències als dibuixos publicats per Lassell i per Hermann Carl Vogel.

En el Nou Catàleg General, John Dreyer trasllada l’entrada de l’M99 al número 4254, bo i mantenint les descripcions del Catàleg General, amb l’única addició de la prioritat de Méchain en la descoberta.

L’M99 és una de les nebuloses que rep la denominació de “remolí” o “molinet”, que podem considerar estesa a totes les nebuloses espirals que veiem des de la perpendicularitat. Una de les primeres referències a aquest nom popular és obra de Richard Hinckley Allen, autor de “Star-Names and Their Meanings” (1899):

Prop de 6 Comae Berenices hi ha la Nebulosa del Molinet (Pin-wheel Nebula), l’NGC 4254 o M99, un dels focs d’artifici (pyrotechnics) del cel”.

En el seu catàleg fotogràfic, Heber Curtis inclou l’M99 amb el següent comentari:

Nebulosa espiral, molt brillant i aproximadament rodona, de 4,5 minuts d’arc de diàmetre. El nucli és gairebé estel•lar. Hi ha dos remolins principals, força oberts, que mostren moltes condensacions gairebé estel•lars”.

L’M99 és una de les diverses galàxies del catàleg de Messier que rep el nom de Molinet o Remolí. En imatge com aquesta es remarca l’asimetria de l’M99. El nucli apareix escorat cap amunt i els braços inferior s’estenen notablement en l’espai.

En els anys 1920, s’acceptà la idea, proposada dècades abans, que les nebuloses espirals són galàxies o universos-illes, i que la mateixa Via Làctia no és més que la nostra galàxia espiral local. L’M99, una de les galàxies espirals més brillants del Cúmul de Virgo, quedà definida dins del grup de les galàxies espirals bulbars (no-barrades), en tant que el cos central té forma de bulb i no de barra. En l’esquema d’Edwin Hubble, és una galàxia Sc, és a dir una espiral de braços ben oberts. En l’esquema ampliat de Gérard de Vaucouleurs i Allan Sandage, l’M99 apareix com una galàxia SA(s)c, és a dir de “galàxia bulbar, sense anells i amb braços oberts”.

Hom ha pogut determinar el moviment de rotació de l’M99. Aquesta rotació segueix el sentit horari. De manera convencional, doncs, podem dir que des de la Terra veiem la cara nord del seu disc galàctic.

Les línies de l’espectre de l’M99 mostren un considerable desplaçament al vermell, que seria el resultat de l’efecte Doppler d’una velocitat radial relativa a la Terra de 2324 km•s-1. Si hom pren com a referència el centre del Cúmul de Virgo, l’M99 s’aproximaria a aquest centre a una velocitat de 1200 km•s-1. Diversos autors han considerat que aquesta velocitat seria compatible amb el fet que l’M99 fos una “nova adquisició” del Cúmul de Virgo. Es trobaria, doncs, en la primera caiguda cap a l’interior del Cúmul de Virgo. Les interaccions gravitatòries amb altres galàxies properes (com l’M98) en els darrers 1.000 milions d’anys, haurien tingut com a resultat pertorbacions de figura que explicarien l’asimetria de l’M99. Vollmer et al. (2005) postularen que l’M99 seria una galàxia en procés d’ingressar en el Cúmul de Virgo, i que fa uns 280 milions d’anys hauria tingut una topada amb una galàxia: aquesta topada i el mateix contacte amb el medi intracumular de Virgo seria el causant de les deformitats estructurals.

Observacions d’ones de ràdio de la banda de 21 cm de longitud d’ona, corresponent a l’hidrogen neutre (HI), mostraren l’existència d’una estructura, catalogada com a VIRGOHI21 per Davies et al. (2004). L’anàlisi del moviment intern d’aquest núvol d’hidrogen neutre permetia deduir-ne una massa global considerable, de 2•1038 kg. Per explicar aquesta enorme massa, es proposà que VIRGOHI21 era una autèntica galàxia fosca (Minchin et al., 2005). El telescopi orbital Hubble descobrí uns pocs centenars d’estels dins de VIRGOHI21, del qual se’n deduïa una relació massa:llum de 500 (en les galàxies normals, la relació és de 50). Bekki et al. (2005) postularen que VIRGOHI21 seria constituïda bàsicament per material desprès de l’M99, i que hauria quedat enrere (a uns 500.000 anys-llum de distància). Aquesta idea fou reforçada per dades dels observatoris de Westerbork (Minchin et al., 2007) i d’Arecibo (Haynes et al., 2007). Chyzy et al. (2007) combinaren les observacions de radioones amb els de raigs X per avaluar els camps magnètics i els núvols de gas de l’M99, deduint que es tracta d’una “membre recent” del Cúmul de Virgo.

En els registres astronòmics es consignen tres supernoves en l’M99:
– 1967H. Amb un pic de magnitud (+14) assolit en el juny del 1967. Fou una supernova de tipus II.
– 1972Q. Descoberta el 16 de desembre del 1972, amb una magnitud de +15.6. Fou una supernova de tipus II.
– 1986I. Descoberta el 17 de maig del 1986, amb una magnitud de +14. Fou una supernova de tipus I.

Imatge del Telescopi Hubble, del juny del 2010, que ens mostra un sector de l’M99. A la part inferior dreta veiem diverses galàxies, situades molt més enllà del nostre Supercúmul Galàctic Local. En la part inferior esquerra veiem el que, en aparença, semblaria un estel superposat de la nostra pròpia galàxia. No és el cas. Aquest estel fou catalogat inicialment per la Palomar Transient Facility, com a PTF 10fqs. Pels volts del juny del 2010, la magnitud de l’estel es trobava ja en franca davallada. L’PTF 10fqs, però, no encaixa ni en la categoria de “nova” (fou massa brillant) ni en la de “supernova” (ho fou massa poc). Entre els mecanismes que originaren l’erupció estel•lar PTF 10fqs, s’ha proposat l’impacte d’un planeta gegant en caure damunt de l’estel parental.

L’M99, de prop

Aquesta imatge, obtinguda pel telescopi Schulman de 32 polsades, del Mount Lemmon SkyCenter, ens mostra l’aspecte desmanegat de l’M99

L’M99 ens apareix com una galàxia espiral bulbar, de braços oberts, amb un diàmetre mitjà del disc de 71.000 anys-llum. L’asimetria és marcada, de manera que el bulb central apareix escorat cap a un cantó, mentre que en el cantó oposat, el braç exterior s’hi allunya considerablement.

Imatge d’infraroig proper de l’M99

La interacció entre l’M98 i l’M99, que tingué lloc fa uns quants centenars de milions d’anys, tingué efectes desiguals per a les dues galàxies. Mentre l’M98 sortí més o menys ben parada, l’M99 patí una escissió. Una bona part de la matèria fosca que articula la galàxia, queda endarrere del cos principal. El gros del disc galàctic quedà amb l’M99, per bé que patí una distorsió que en trencà l’asimetria. El cos secundari quedà com una mera “galàxia fosca”, VIRGOHI21, a la matèria fosca de la qual únicament hi romangueren associades una petita població d’estels i núvols de gas i de pols (principalment, d’hidrogen neutre).

L’existència de masses com la de VIRGOHI21 no són pas rares en el Cúmul de Virgo. Les galàxies pateixen interaccions sovint. La mateixa VIRGOHI21 haurà rebut material no tan sols de l’M99 i de l’M98, sinó també probablement de la galàxia lenticular NGC 4262. Aquests bescanvis intergalàctic de material són també responsables de la relativa riquesa del medi intergalàctic en el Cúmul de Virgo. Mentre fora del Cúmul de Virgo, amb prou feines hi trobem estels o cúmuls estel•lars intergalàctic, dins del Cúmul de Virgo són força freqüents.

Com a resultat de la interacció de l’M99 amb l’M98 i VIRGOHI21, l’activitat astrogènica de l’M99 és tres vegades superior a la típica de galàxies espirals de tipus Sc.

La pèrdua de la simetria per part de l’M99, però, no hauria d’ésser un fenomen permanent. Amb el transcórrer de més centenars de milions d’anys, el braç ara més estès, tendirà a replegar-se per l’acció gravitatòria del nucli de l’M99, i la morfologia típica d’espiral serà recuperada… Fins al proper contacte intergalàctic, és clar.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
One comment on “Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M99, una galàxia espiral en caiguda accidentada envers el centre del Cúmul de Virgo

Els comentaris estan tancats.

A %d bloguers els agrada això: