Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M100, una galàxia espiral de gran disseny en Virgo A

Arribem ja a l’entrada 100 del catàleg de nebuloses i de cúmuls estel•lars de Charles Messier, i això significa també que ens apropem al final del nostre viatge. De fet, la darrer ampliació publicada del catàleg de Messier inclou tan sols tres entrades addicionals. Però això no vol dir pas que ens haguem de relaxar. Perquè ara mateix ens toca visitar un altre dels objectes més bells del catàleg. De galàxies espirals de gran disseny ja n’hem vist (M51, M74, M81), i ara ens adrecem a l’M100, una de les galàxies espirals més brillants i més grans del Cúmul de Virgo, per bé que, com ja hem dit en altres ocasions, en el Cúmul de Virgo les galàxies més pregones són les lenticulars i el•líptiques gegants. Tot i que ja fa unes setmanes que som en el Cúmul de Virgo, per anar a l’M100 des de l’M99 haurem de fer un trajecte de 9,9 milions d’anys-llum (3,0 megaparsecs; 9,4•1022 m), que expressa les distàncies que separen els diferents sectors i subsectors del Cúmul. Concretament saltem del perifèric Núvol N al central Sector A, i ens apropem al centre del Cúmul en 5,5 milions d’anys-llum (per quedar-hi a una distància de 3,3 milions d’anys-llum). Des del punt de mira dels observadors de la Terra, pràcticament no ens movem del mateix sector de la constel•lació de la Cabellera de Berenice, i gairebé tot el desplaçament consisteix en un component radial d’allunyament de 9,8 milions d’anys-llum (fins a quedar-hi a una distància de la Terra i de la Via Làctia sencera de 55 milions d’anys-llum).

Descoberta i coneixement de l’M100

La primera referència a aquest objecte la trobem en Pierre Méchain que, la nit del 15 de març del 1781, la identificà com a nebulosa juntament amb altres dues, també del camp especialment ric de nebuloses existent entre les constel•lacions de la Verge i de la Cabellera de Berenice. Feia tan sols unes setmanes que Méchain i Messier havien identificat aquest camp. La descoberta de tres noves nebuloses el 15 de març indicava que encara hi podien quedar moltes més per descriure.

Méchain comunicà a Charles Messier la descoberta. No fou fins el 13 d’abril, però, que Messier va poder observar les tres nebuloses. En l’ordenament posterior del material per al catàleg, a les tres nebuloses els correspongueren les entrades 98, 99 i 100. Referent a l’M100, Messier escriu això:

Ascensió recta de 182º59m19s i declinació nord de 16º59’21’’. Nebulosa sense estel, de la mateixa llum que la precedent [M99], situada en l’orella de la Verge. Les tres nebuloses, vistes per Méchain, el 15 de març del 1781, la 98, la 99 i la 100, són molt difícils de reconèixer, degut a la feblesa de llum: hom tan sols les pot observar en bon oratge, i prop del pas del meridià

No és estrany, doncs, a tenor del comentari, que la identificació d’aquestes nebuloses s’esdevingués a final d’hivern, que és l’època de l’any que aquesta zona del cel creua el meridià vora la mitjanit.

La Cabellera de Berenice és de les poques constel•lacions que rep el nom d’una figura històrica, per bé que amb motiu d’un aspecte legendari d’aquesta princesa egípcia d’origen macedoni. L’M100 és un dels nombrosos objectes del cel profund que hi podem trobar, la majoria d’ells, com el mateix M100, associats al Cúmul galàctic central del nostre Supercúmul Local.

Aquesta astrofotografia de Béla Hassforther capta l’M100, juntament amb l’M98 i l’M99

William Herschel observà en diverses ocasions l’M100. En un article del 1814, la descriu com “una nebulosa de 10 minuts d’arc de diàmetre, per bé que en el centre hi ha un petit i brillant cúmul de suposats estels”. Prop de l’M100, Herschel catalogà la nebulosa II.84 (=NGC 4328)

En el catàleg del 1833, John Herschel consigna l’M100 com una nebulosa, presentant-la en l’entrada 1211, d’acord amb quatre observacions:
– 6 de maig del 1826: ascensió recta de 12h14m20,8s i distància al pol nord de 73º13’26’’. “Molt gran; sobtadament molt més brillant cap al centre; nucli de vores diluïdes”.
– 21 d’abril del 1832: ascensió recta de 12h14m19,3s i distància al pol nord de 73º13’39’’. Aquesta observació serví de poc més que per registrar-ne les coordenades ja que l’objecte “amb prou feines era visible a través de la boirina”.
– 26 d’abril del 1832: distància al pol nord de 73º13’56’’. “Molt feble; molt gran; rodona; molt sobtadament més brillant cap al centre fins a un nucli força brillant”.
– 28 d’abril del 1832: “força brillant; rodona; força sobtadament molt més brillant cap al centre; nebulosa no gaire remarcable. Comparant amb les observacions del seu pare, John Herschel indica que no observa la nebulosa adjacent que el pare catalogà com a II.84.

William Henry Smyth dedica l’entrada 445 del catàleg de Bedford a l’M100, assignada a la constel•lació de la Verge. Indica unes coordenades d’ascensió recta de 12h14m52s i una declinació nord de 16º42’36’’, a partir d’observacions fetes pels volts del març del 1837. Aquesta n’és la descripció:

Nebulosa rodona, de blanc de perla, més enllà de la part superior de l’ala esquerra de la Verge, i certament a una gran distància de l’orella de dacsa en la qual la Connaissace des Temps la col•loca: de fet, el lloc veritable es troba just a una cinquena part de la línia que uneix Beta Leonis amb Arcturus. És un objecte gran, però pàl•lid, de poc caràcter, encara que brilla a partir d’un centre atenuat per les vores, i resulta doncs de forma globular. Fou descobert per Méchain en el 1781, i l’acompanyen quatre estels, a poca distància; banda, hi ha punt diminuts de llum en el camp, vistos com a lluïssors ocasionals”.

Smyth encara continua, fent referència a aquestes lluïssors:

Som ara en l’ample i gran estrat de nebuloses, que es troba en una direcció gairebé perpendicular a la galàxia, i passa des del sud, a través de la Verge, de la cabellera de Berenice, els Gossos de Cacera, i la Gran Óssa, cap al Pol, i més enllà. Aquesta gloriosa, però misteriosa, zona de taques difuses, és un record indiscutible per a tots els temps futurs de la indústria infatigable i de l’energia científica indomable de sir William Herschel. Amb tot, aquest contribuïdor indiscutible al coneixement ha estat descrit negativament com un home dedicat a “especulacions de no gran vàlua a l’astronomia, més que no dedicat a computacions que poden realment beneficiar la ciència”. Reparem-hi! Això es diu d’un filòsof de zel i aplicació fins ara inigualat: un les contribucions del qual al Philosophical Transactions demostren la grandesa sòlida, però circumspecta, de les seves concepcions, els seus recursos mecànics consumats, i l’exactitud dels seus càlculs elaborals. La feina de Herschel, però, transcendeix les de les èpoques en que fou fet, encara que donà tanta animació i rellevància a l’astronomia sideral que el seu mantell hi quedà agafat”

Efectivament, Herschel havia suggerit l’existència d’un cinyell de nebuloses que discorreria de manera perpendicular a la Via Làctia. Herschel, però, no s’hi posà tan fort en la idea com Smyth. De totes formes, si mirem la distribució de galàxies en l’esfera celeste, veiem una distribució en dos cons oposats, a banda i banda de la Via Làctia, cosa que s’explica pel fet que la Via Làctia (projecció del disc de la nostra galàxia espiral en l’esfera celeste) enfosqueix en bona mesura les nebuloses galàctiques que s’hi interposen.

En el 1850, William Parsons, Lord Rosse, publicà una llista de 14 “nebuloses espirals”, entre les quals figurava l’M100.

Astrofotografia que marca les diferents galàxies que, vistes des de la Terra, apareixen en el mateix camp que l’M100 (que en la imatge queda en el centre, com l’objecte més pregon). Dues de les galàxies assenyalades, l’NGC 4323 i l’NGC 4328, són galàxies satèl•lits de l’M100. D’altres són components independents del Cúmul de Virgo (com l’NGC 4312), però algunes d’elles podrien ser galàxies situades molt més enllà, ja fora del Supercúmul Local.

William Lassell definí l’M100 com una galàxia espiral de dos braços. Alguns dels seus dibuixos foren publicats a les Memoirs of the Royal Astronomical Society.

En el Catàleg General, John Herschel col•locà l’M100 en l’entrada 2890, amb coordenades actualitzades per a 1860 de 12h15m50,6 d’ascensió recta i 73º23’54’’ de distància al pol nord. La descripció era la següent:

Molt remarcable; segons 5 observacions de William i John Herschel força feble; molt gran; rodona; molt gradualment, i després sobtadament més brillant cap al centre on hi ha un nucli motejat; segons Lassell és una espiral de 2 braços”.

En la reedició del Catàleg General del 1877, John Dreyer feia referència a un dels dibuixos publicats per Lassell.

En el Nou Catàleg General, John Dreyer situà l’M100 en l’entrada 4321, bo i retenint la descripció de la reedició del Catàleg General del 1877.

El març del 1901 s’observà una supernova en l’M100, la primera de la qual es té notícia. Catalogada com a SN 1901B, assolí una magnitud de +15,6 i es tractà d’una supernova de tipus I.

El febrer-març del 1914, s’observà una segona supernova en l’M100, que assolí una magnitud de +15,7. Aquesta supernova fou catalogada com a SN 1914A.

En el seu catàleg fotogràfic, Heber Curtis va descriure l’M100 així:

Espiral brillant, regular i gairebé rodona de 5 minuts d’arc de diàmetre. Nucli estel•lar molt feble envoltat de remolins brillants i curts, que formen un oval central. Els remolins exteriors són més aviat oberts, força regulars, i mostren moltes condensacions estel•lars. En aquesta espiral hi han aparegut dues noves [SN1901B i SN1914A]”.

Lord Rosse fou el primer en descriure l’M100 com una nebulosa espiral. Lassell la descrigué com una nebulosa de dos braços, referint-se als dos braços més prominents, rics en cúmuls oberts d’estels blaus. Curtis es referia als braços prominents com a “remolins brillants i curts”, mentre assenyalava la presència de braços exteriors, més oberts i molt menys brillants

En la classificació de galàxies d’Edwin Hubble, l’M100 fou reconeguda com una galàxia espiral bulbar de braços oberts (Sc). És també considerada una galàxia de “gran disseny”.

El 21 de febrer del 1960, es detectà una supernova en l’M100, a uns 58 segons d’arc a l’estat i 21 segons d’arc al sud del nucli de la galàxia. L’estudi de fotografies fetes en els darrers mesos va permetre rastrejar la seva aparició en agost-setembre del 1959, quan tenia una magnitud de +17,5. Se’n va fer un seguiment fins que, a partir del 17 de juny del 1960, ja no fou detectable. Catalogada com a SN 1959E, es tractà d’una supernova de tipus I.

El 15 d’abril del 1979 hom detectà una supernova en l’M100, amb una magnitud de +11,6. Catalogada com a SN 1979C, es tractà d’una supernova de tipus II, i davallà en lluminositat amb relativa rapidesa. El romanent fou detectat posterior amb el telescopi orbital de raigs X Rosat (Immler et al., 1998). Immler et al. (2005) estudiaren el romanent de l’SN 1979C al llarg del temps, a través de dades d’arxiu, en les bandes de raigs X, ultraviolat i llum visible.

Fotocomposició en negatiu, elaborada per David Malin. D’una banda veiem l’espiral tal com apareix en les fotografies de baix temps d’exposició. Amb un temps d’exposició prolongat, veiem com el disc de l’M100 s’estén força, de manera asimètrica, i fins a tocar alguna de les galàxies satèl•lits de l’M100

Dues imatges del nucli galàctic de l’M100 obtingudes pel Telescopi Orbital Hubble, abans (esquerra) i després (dreta) de la reparació que s’hi va fer en òrbita en el 1993.

En imatges del 1994, el Telescopi Orbital Hubble identificà una vintena d’estels variables de tipus cefeid en aquesta galàxia. Com els variables cefeids tenen una relació força constant entre període i lluminositat, ja des de l’època d’Edwin Hubble se’ls ha emprat com a candeles de referència. D’acord amb l’anàlisi del Telescopi Orbital Hubble, l’M100 es trobaria a una distància de 56±6 milions d’anys (Ferrarese et al., 1996). El Telescopi Hubble també va detectar una nova en l’M100.

Imatge de l’M100 pel Telescopi Orbital Hubble. El fet que l’angle d’orientació de l’M100 respecte de la perspectiva de la Terra sigui proper a la perpendicularitat, convertí aquesta galàxia en un dels objectius més atractius del Hubble.

Sakamoto et al. (1995) feren un estudi d’alta resolució del centre de l’M100, que si bé descartaven que l’M100 tingués un nucli galàctic actiu en sentit estricte, si n’assenyalaven un fort dinamisme.

A dalt, en vermell, el Telescopi d’Ultraviolat UIT remarca l’existència d’un anell d’activitat astrogènica en la perifèria dels braços espirals interiors de l’M100. A sota, en blau, podem veure l’heterogeneïtat de l’activitat astrogènica en la regió circumnuclear d’aquesta galàxia

L’M100 ha estat també definida com una galàxia espiral de doble barra per Wozniak et al. (1999), que analitzaren l’estructura a partir d’imatges de microones de la banda de 6,75 i 15 micres de longitud d’ona. La doble barra consisteix en una barra nuclear interna (de 3000 anys-llum), envoltada d’un anell circumnuclear, i d’una barra externa (de més de 10.000 anys-llum). Les dues barres concèntriques de l’M100 tenen la mateixa orientació. Alhora, aquest estudi posava de manifest el caràcter de galàxia d’explosió astrogènica, en el sentit que la major part de l’activitat astrogènica es concentra en el centre.

Les imatges d’infraroig de l’M100, com aquesta del HAWK-I, acoblada al Very Large Telescope de l’observatori xilè de Paranal permeten veure amb més detall l’estructura de la galàxia

L’M100 fou una de les galàxies espirals del Cúmul de Virgo estudiades per Koopman & Kenney (2004) pel que fa a la morfologia dels núvols de gas d’hidrogen (H-alfa).

Allard et al. (2006) reconstruïren la història i evolució de la regió circumnuclear de l’M100, a partir d’observacions espectroscòpiques de la doble barra central d’aquesta galàxia.

El 7 de febrer del 2006, Shoji Suzuki i M. Migliardi detectaren independentment una nova supernova en l’M100 (la cinquena dels registres històrics, i la darrera fins a la data). Fou catalogada com a SN 2006X. En el moment de la descoberta presentava una magnitud aparent de +15,3, i era encara en fase ascendent de lluminositat. Se situava a uns 12 segons d’arc a l’oest i a 48 segons d’arc al sud del nucli de l’M100.

Dibuix de l’M100 fet per Jeremy Perez el 25 de febrer del 2006. La SN 2006X apareix en el dibuix, com l’estel més proper al centre de la nebulosa

L’SN 2006X no assolí el seu pic de magnitud màxima fins el 18 de febrer, quan arribà a +13,5. Se la classificà com a supernova de tipus Ia.

Fotografia de l’M100 del 22 de març del 2006, feta per Gary Clinch. S’hi assenyalen les magnituds aparents tant d’estels fixos (estels interposats de la nostra pròpia galàxia) com de la galàxia el•líptica satèl•lit NGC 4329. La SN 2006X encara era d’una lluminositat norable

L’M100 figurà entre les 53 galàxies estudiades en el projecte VIVA (Chung et al., 2009), que resseguia la presència de núvols d’hidrogen atòmic (H I) entre les galàxies espirals del Cúmul de Virgo. L’estudi confirmava les peculiaritats que el ric medi intracumular imposa a les galàxies espirals que hi habiten.

L’M100 de prop

Imatge de l’M100 obtinguda el 3 de març del 2002. Cada costat de la imatge cobreix uns 7 minuts d’arc, equivalents a 110.000 anys-llum

Amb uns 160.000 anys-llum de diàmetre i una magnitud absoluta de -21, l’M100 es troba entre les galàxies espirals més grans i més lluminoses del Cúmul de Virgo. És remarcable per la puresa de la figura espiral, que fa que se la inclogui entre les “galàxies espirals de gran disseny”. Moltes galàxies espirals del Cúmul de Virgo pateixen alteracions com a conseqüència d’interaccions gravitatòries amb grans galàxies el•líptiques veïnes, però d’alguna manera l’M100 s’ha preservat o bé ha recuperat la figura després d’alguna d’aquestes interaccions.

De totes formes, la interacció de l’M100 amb el medi intracumular i amb altres galàxies veïnes sí es manifesta en una taxa astrogènica més elevada, si més no des de fa uns 500 milions d’anys. En efecte, les pertorbacions de densitat són les responsables de l’alt nombre de cúmuls oberts que trobem en els dos braços principals de l’M100. L’heterogeneïtat d’aquestes pertorbacions explica que la major concentració de cúmuls oberts es concentri més en un cantó del disc que no pas en l’altre.

Imatge de l’M100 obtinguda per l’observatori xilè del Paranal. Podem apreciar una certa asimetria en la distribució dels cúmuls oberts (que es presenten en forma de punts blaus) i que es concentren en la part inferior-dreta de la imatge

L’activitat astrogènica del nucli de l’M100 contrasta amb l’anèmia astrogènica que regeix en les regions perifèriques del disc galàctic. Tampoc això no és quelcom estrany en les galàxies espirals del Cúmul de Virgo, per bé que és justament la situació inversa a la que trobem en galàxies espirals com la nostra. L’entorn perigalàctic, doncs, influeix força en la fesomia d’una galàxia espiral.

Hem comentat que, comparada amb les galàxies el•líptiques gegants de Virgo A, l’M100 sembla fràgil i poca cosa. No obstant, a Virgo A també trobem un nombre de galàxies el•líptiques nanes. Dues d’elles, l’NGC 4323 i l’NGC 4328 són, de fet, satèl•lits de l’M100. L’NGC 4323, de fet, es troba connectada a l’M100 per un pont de material galàctic, i es trobaria en les primeres fases d’una absorció efectiva per part de l’M100.

L’M100 fotografiada des de l’observatori de Mt. Lemmon, a Arizona. En la imatge també apareixen les dues galàxies satèl•lits, l’NGC 4323 just a sota, i l’NGC 4328 a la part inferior dreta.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: