Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M101, una galàxia espiral de gran disseny envoltada de satèl•lits

De galàxia espiral de gran disseny a galàxia espiral de gran disseny. No és casual que tant l’M100 com l’M101 siguin galàxies espirals amb un pla orientat perpendicularment a la perspectiva de visió des de la Terra. Amb l’instrumental de Messier i de Méchain, era molt més fàcil identificar galàxies espirals amb aquesta perspectiva que no pas amb una de més obliqua. Totes dues reben la denominació de “galàxia de remolí”, per bé que l’M101, més brillant (per més propera) que l’M100, té aquesta denominació amb més freqüència que no l’M100. Per anar de l’M100 a l’M101 hem de recórrer 42,7 milions d’anys-llum (13 megaparsecs; 4,04•1023 m). Tant l’M100 des de l’M101 com l’M101 des de l’M100 es veuen com a nebuloses espirals de magnitud +9,5. Però l’entorn de les dues galàxies és notablement diferent. En aquesta llarga etapa intergalàctic deixem enrere l’M100 amb el Cúmul de Virgo i fem rumb cap a la perifèria del Supercúmul, en direcció al Grup de l’M101, que es troba en el mateix sector que el Grup de l’M51 (que ja hem visitat en altres ocasions) i que el Grup de l’NGC 5866 (que visitarem seguidament). Dins del Grup de l’M101, l’M101 és de llarg la galàxia més destacada. En aquest recorregut ens hem allunyat del centre del Supercúmul en gairebé 40 milions d’anys-llum (per quedar-hi a una distància de 43 milions d’anys-llum). Els nostres seguidors de la Terra han comprovat com, mentre el nostre senyal se’ls hi ha apropat en 34 milions d’anys-llum, s’ha mogut tangencialment des de la constel•lació de la Cabellera de Berenice fins a l’Óssa Grossa, tot creuant els Gossos de Cacera.

Descoberta i coneixement de l’M101

La primera referència d’aquest objecte la devem, segons sembla, a Pierre Méchain, i data del 27 de març del 1781. Messier va recollir aquesta observació:

Nebulosa sense estel, molt fosca i força gran, de 6 o 7 minuts d’arc de diàmetre, entre la mà esquerra del Bover i la cua de l’Óssa gran. És difícil de distingir-la quan hom il•lumina els fils [els fils micromètrics que permetien mesurar-ne el diàmetre aparent]. Ascensió recta de 208º52’42’’ i declinació nord de 55º24’25’’.”.

Localització de l’M101, en la constel•lació de l’Óssa Grossa, a tocar dels límits amb la constel•lació del Bover i del Drac

L’objecte entrà en el catàleg de Messier en l’entrada 101. Aparegué, doncs, així, en la darrera actualització del catàleg, publicada en la Coneixença del Temps, obra emprada per William Herschel en els seus estudis sobre nebuloses. Precisament, Herschel va fer una observació d’aquest objecte el 20 de setembre del 1783:

Telescopi de 20 peus, amb un augment de x200. A la part nord hi ha un estel gran que es veu de forma força distinta, i en la sud veig 5 o 6 de petits que brillen a través de la nebulositat més gran, que sembla consistir en estels. De totes formes, la nit és dolenta. Aquesta nebulosa i l’M51 són totes dues tan separades de l’aparença d’estels que el pas següent és no ser capaç de resoldre-les. El meu nou telescopi de 20 peus probablement ho farà més fàcil”.

Dibuix de l’M101, de Juan Luis Martínez. Messier la va descriure com una nebulosa gran però poc lluminosa. L’aspecte motejat de la llum de l’M101 possiblement va fer que William Herschel se sentís temptat de qualificar-lo d’un cúmul estel•lar en el 1783. No obstant, el caràcter estel•lar i, per tant, galàctic de l’objecte no fou comprovat fins entrat el segle XX

En un escrit del 1784, William Herschel enumera una llista de “nebuloses motejades”, a les quals denomina també “nebuloses resolubles”. Entre els objectes de Messier que figurarien en aquesta llista hi hauria l’M1, l’M3, l’M27, l’M33, l’M57, l’M79, l’M81, l’M82 i l’M101:

Aquestes nebuloses, en els meus reflectors de 7, 10 i 20 peus mostraven una mena motejada de nebulositat, que podria anomenar resoluble; per això espero que el meu darrer telescopi, potser, farà visibles els estels que suposo que les integren”.

El 14 d’abril del 1789, Herschel registra una altra observació de l’M101:

Molt brillant; nucli petit; amb una nebulositat estesa, força ben determinada en el costat O, però molt difusa en el NE. Inclou dues nebuloses, i sembla estendre’s 20 minuts d’arc, o potser 30 o més.”.

Les dues nebuloses satèl•lits que esmenta Herschel les va introduir amb entrades separades en el seu catàleg, com a III.788 i III.789. Una altra galàxia igualment adjacent havia estat també catalogada per Herschel com a I.214. També en el mateix camp apareix la III.787.

John Herschel, en el seu catàleg del 1833, presenta l’M101 en l’entrada 1744, d’acord amb una observació feta el 4 de maig del 1831:

Ascensió recta de 13h57m09,1s i distància al pol nord de 34º48’40’’. Feble; molt gran; rodona; primer gradualment i després molt sobtadament molt més brillant cap al central; diàmetre de 5 minuts d’arc”.

William Henry Smyth, en el catàleg de Bedford, introdueix l’M101 en l’entrada 503, i l’assigna a la constel•lació del Bover. Indica coordenades, per a l’abril del 1837, de 13h57m31s d’ascensió recta i 55º08’18’’ de declinació nord. Aquesta n’és la descripció:

Una nebulosa de blanc pàl•lid, en el camp nebulós que hi ha NO de la mà dreta del Bover; és a uns 5º al NNE d’Alkaid [Eta Ursae Majoris], i a una distància similar al SE de Mizar [Zeta Ursae Majoris]. Sota unes condicions molt favorables, és un objecte gran i ben difós, encara que una mica feble arreu, excepte cap al centre, on llueix. Hi ha diversos estels telescòpics en el camp, un dels quals és molt proper a la nebulosa”.

Smyth feia referència al camp nebulós que envolta l’M101 per continuar:

Per la natura d’aquest veïnat, i una enquimeradora incertesa en les dades primerenques, aquest objecte podria ser el mateix que William Herschel catalogava com a I.214; però Herschel no sembla haver-ne estat conscient de la identitat. L’M101 és una d’aquelles nebuloses globulars que semblen causades per una vasta aglomeració d’estels, més que no pas per una massa de matèria lluminosa difusa; i encara que la idea d’una multitud massa densa es pot entrellucar, amb tot, la pal•lidesa ens parla d’una distància inconcebible, i d’una probable discreció.”.

Smyth s’equivocava en proposar que l’M101 era realment un cúmul estel•lar globular. També s’erra en la identificació entre l’M101 i l’H.1.214. L’H.1.214, com l’H.III.788 i l’H.III.789, serien algunes de les nebuloses satèl•lits de l’M101, el conjunt de les quals forma el “camp nebulós” de l’M101.

En el 1850, William Parsons, Lord Rosse, havia introduït el concepte de “nebulosa espiral”. Segons Lord Rosse, l’M101 pertanyia a aquesta classe d’objectes. L’1 de març del 1851, després de vuit observacions i de tres dibuixos, la definia així:

Una gran espiral; feble; diversos braços i nusos; diàmetre de 14 minuts d’arc, com a mínim”.

Un dels dibuixos de l’M101 fets per Lord Rosse, en el 1851, tal com apareixia en una publicació del 1861. Lord Rosse tingué cura d’anotar les posicions dels diferents nusos i les va seguir durant uns anys per tal de registrar possibles canvis morfològics en l’objecte

En el Catàleg General, John Herschel col•loca l’M101 en l’entrada 3770, dedicant diverses altres entrades (3760, 3762, 3763, 3764, 3766, 3767, 3771, 3773 i 3774) a les seves nebuloses satèl•lits. Herschel fa un esforç per harmonitzar les entrades del catàleg elaborat pel seu pare i les del seu propi catàleg del 1833 amb les posicions catalogades per Lord Rosse. Així, comenta que l’M101 (GC 3770) és un objecte “molt brillant; molt gran; irregularment rodó; gradualment, i després molt sobtadament, molt més brillant cap al centre, on hi ha un petit nucli brillant. L’entrada 1744 del seu catàleg del 1833 es desglossa, doncs, en una sèrie de nebuloses, i indica que “l’M101 i les seves nebuloses assistents es troben en una connexió nebulosa més o menys íntima”. Herschel, doncs, considera que l’espiral identificada per Lord Rosse és una nebulosa complexa. El centre, és a dir l’M101 estricte, és catalogat com a GC 3770. El primer node de Lord Rosse es correspondria al GC 3774, el segon node al GC 3773. Quant a les nebuloses catalogades per William Herschel, identifica com a “assistent de l’M101” la III.787, que seria equivalent a la GC 3760.

En el Nou Catàleg General, John Dreyer revisà de nou la informació dels catàlegs anteriors. L’M101, en aquest catàleg, apareix en l’entrada 5457. Pel que fa a les nebuloses satèl•lits fa les següents identificacions:
– entrada 5447. És equivalent a les GC 3760 i GC 3766, resultat d’una duplicació de John Herschel. Es correspon a l’objecte III.787 del catàleg de William Herschel
– entrada 5449. Es correspon a la GC 3762.
– entrada 5450. Es correspon a la GC 3763.
– entrada 5451. Es correspon a la GC 3763.
– entrada 5453. Es correspon a la GC 3764.
– entrada 5453. Es correspon a la GC 3767.
– entrada 5458. Es correspon a la GC 3771.
– entrada 5461. És equivalent a les GC 3773 i GC 3778. Es correspon a l’objecte catalogat per William Herschel com a III.788.
– entrada 5462. És equivalent a les GC 3774 i GC 3779. Es correspon a l’objecte III.789 del catàleg de William Herschel.

D’altra banda, en el Nou Catàleg General, la nebulosa satèl•lit catalogada per William Herschel com a I.214, i que Smyth havia identificat incorrectament com l’M101, apareix en l’entrada 5474. L’entrada NGC 5455 també registra una nebulosa adjacent a l’M101

El 26 de gener del 1909, Max Wolf descobrí en l’M101 una supernova. Era la primera supernova que es registrava en aquesta galàxia, i se la catalogà com a SN 1909A. Amb una magnitud aparent de +13,5, cresqué en lluminositat encara fins a assolir el +12,1, pic després del qual començà a declinar.

Heber Curtis inclou l’M101 en el seu catàleg fotogràfic. Això és el que comenta:

Aquesta espiral inusualment bella és d’uns 16 minuts d’arc de diàmetre. Hi ha un nucli gairebé estel•lar, amb dues condensacions brillant molt properes que li donen una aparença trinuclear. Els remolins oberts mostren una multitud de condensacions estel•lars. Els objectes NGC 5449, NGC 5450, NGC 5451, NGC 5453, NGC 5455, NGC 5458, NGC 5461 i NGC 5462, són simplement nusos brillants de la gran nebulosa”.

La interpretació de Curtis simplificava el “camp nebulós” de l’M101, en reduir tota una sèrie de nebulosos a nusos de l’espiral central. Quan, ja a partir dels anys 1920, hom reconegué l’M101 com una galàxia, s’entegué que només una porció de les entrades de l’NGC es corresponien realment a galàxies satèl•lits (NGC 5204, NGC 5474, NGC 5477, NGC 5585).

Gérard de Vaucouleurs reconeixia com a nodes de l’M101 deu objectes del Nou Catàleg General: NGC 5447, NGC 5449, NGC 5450, NGC 5451, NGC 5453, NGC 5455, NGC 5458, NGC 5461, NGC 5462 i NGC 5471. D’altres autors, però, limiten la llista a l’NGC 5447, l’NGC 5455, l’NGC 5461, l’NGC 5462 i l’NGC 5471, i descarten l’existència física de les altres entrades esmentades. En la imatge s’assenyalen les posicions de set nusos, d’una galàxia satèl•lit (la irregular NGC 5477) i d’una galàxia lenticular de fons (PGC 49919). Els nusos es corresponen majoritàriament a regions brillants riques en hidrogen parcialment ionitzat (H II), i en fotografies més detallades s’han arribat a comptar fins a 3000 d’aquestes regions

L’orientació de l’M101, juntament amb l’obertura relativa i longitud dels braços espirals, fa que algunes concentracions estel•lars del disc galàctic tinguin prou distintivitat com per haver estat catalogats amb entrades independents en el Nou Catàleg General

En setembre del 1951, hom descobrí la segona supernova registrada de l’M101, catalogada com a SN 1951H. Es tractà d’una supernova de tipus II i assolí una magnitud màxima de +17,5.

En el Catàleg de Galàxies Peculiars (1966), Halton C. Arp inclou l’M10 en l’entrada 26 com a “espiral amb un braç carregat”. En efecte, l’M101, que té una aparença falsament simètrica en fotografies de baixa exposició, manifesta un considerable excentricitat del nucli galàctic respecte de les vores del disc.

El 30 de juliol del 1970, Michael Lovas registrà la tercera supernova coneguda de l’M101, catalogada com a SN 1970G. Es tractà d’una supernova de tipus II i arribà a una magnitud aparent de +11,5. En el 2005, hom pogué identificar, a través d’imatges de raigs X de l’Observatori Chandra, el romanent d’aquesta supernova.

Comte et al. (1979), mitjançant observacions interferomètriques de l’M101, mesuraren la cinemàtica dels gasos interestel•lars, deduint-ne la velocitat del sistema (238 km•s-1) i estimant-ne la massa en 1011 masses solars, de les quals 2,7•109 es correspondrien al bulb central.

En el 1986, hom detectà dos presumptes estels variables de tipus cefeid en l’M101, a partir dels quals se’n deduí una distància de l’M101 respecte de la Terra de 20-26 milions d’anys-llum. Una mesura més precisa i fiable la forní el Telescopi Orbital Hubble, que identificà un total del 29 variables cefeids, de les que es deduïa una distància de 24±2 milions d’anys-llum (Kelson et al., 1996). Amb una altra metodologia, basada en la funció de lluminositat de les nebuloses planetàries, Feldmeier, Ciardullo & Jacoby (1996), estimaven una distància similar (25,1±1,6).

El 24 d’agost del 2011, el programa Palomar Transient Factory detectà en l’M101 un candidat a supernova, designat provisionalment com a PTF11kly (Nugent et al., 2011a). La magnitud aparent de l’objecte en el moment de la descoberta era de +17,2. Les dades espectrals la identificaren com una supernova de tipus Ia en els primeríssims estadis, i se la catalogà com a SN 2011fe. De fet, en l’estudi d’imatges anteriors hom va poder rastrejar la seva aparició en el dia 23, però en imatges del 22 ja no se’n trobava rastre. Una setmana després de la descoberta, el dia 31, ja havia assolit una magnitud aparent de +11,3. Llavors, el ritme d’augment de lluminositat començà a decréixer i arribar a un màxim de +9,9 entre el 9 i el 10 de setembre del 2011. Seguidament començà a declinar lentament de lluminositat. A mitjan de desembre del 2011, encara superava una magnitud de +13,5. Pels volts del març del 2012 encara era detectable amb una magnitud aparent de +15,6. Mesos després s’apagava la que havia estat la quarta supernova reconeguda d’aquesta galàxia.

La SN 2011fe, encara assenyalada sota el nom provisional de PTF11kly, tal com la retrataven A. Andrew Howell i BJ Fulton, des del Faulkes Telescope North, el 24 d’agost del 2011

Diagrama de l’M101 que mostra la posició de l’SN 2011fe, juntament amb la de diversos nusos (molts d’ells grans regions d’hidrogen II, amb cúmuls estel•lars oberts o complexos de cúmuls estel•lars oberts) d’aquesta galàxia

L’M101 en xifres

En febrer del 2006, a partir de dades del Telescopi Orbital Hubble i de telescopis orbitals, fou possible obtindre aquesta detallada imatge de l’M101

Encarem l’M101 des d’un angle diferent de com se la veu des de la Terra. Però justament així apreciem millor la monumentalitat d’aquesta galàxia espiral. Té un diàmetre de 170.000 anys-llum, és a dir un 70% superior al de la nostra Via Làctia.

La massa global de l’M101 és de 2•1041 kg, dels quals tan sols un 3% es concentra en el bulb galàctic. En comparació a la lluminositat (3•1010 vegades superior a la del nostre Sol), l’M101 és una galàxia relativament lleugera i de bulb petit. Aquestes característiques contribueixen a la morfologia gràcil, de braços oberts, sense que l’asimetria de la posició un xic excèntrica del bulb trenqui el “gran disseny espiral”.

A l’aspecte monumental de la galàxia hi contribueixen les regions d’hidrogen parcialment ionitzat (H II), grans i nombroses. Ja hem vist com algunes d’aquestes regions foren catalogades com a nebuloses autònomes pels Herschel. Els milers i milers d’aquestes regions o nusos són testimoni de l’elevada activitat astrogènica, en l’interior dels quals floreixen joves cúmuls d’estels blaus que, alhora, enforteixen la lluminositat d’aquests indrets.

Fotocomposició de l’M101 que recull dades d’infraroig (en roig), llum visible (en groc), ultraviolat (en blau) i raigs X (en porpra). La imatge mostra com les regions riques en estels joves (marcades ací en blau) se superposen a les més riques en estels vells (marcades en vermell).

L’activitat astrogènica de l’M101 i les grans i nombroses regions H II s’expliquen, si més no en part, per una accidentada història recent de la galàxia. La interacció amb les galàxies companyones que l’encerclen i, probablement, una quasi-col•lisió fa uns centenars de milions d’anys, provoca unes intenses forces mareals i les consegüents ones de compressió dels núvols interestel•lars de gas i de pols. Alhora, aquestes forces mareals explicarien la referida posició excèntrica del bulb. La relativa poca densitat material del disc de l’M101 la faria encara més susceptible a aquestes interaccions.

En aquesta imatge de l’M101, presa amb un telescopi de 8 polsades de longitud focal, ja és possible d’apreciar el caràcter excèntric que pren el bulb galàctic. Les forces mareals han fet que un dels braços externs (part inferior de la imatge) s’hi hagi estès força en l’espai

El Grup de l’M101

L’M101 és el membre més destacat d’aquest grup de galàxies (magnitud absoluta de -21). Totes les altres galàxies semblen satèl•lits o companys gravitatoris de l’M101:
– l’NGC 5474, una galàxia espiral de braços oberts (Sc), d’una magnitud absoluta de -18. És possiblement la que ha interactuat gravitatòriament de manera més poderosa amb l’M101 i, per tant, la que n’ha patit més les distorsions corresponents.
– l’NGC 5585, una galàxia espiral de braços tancats (Sa), d’una magnitud absoluta de -17,5.
– l’NGC 5204, una galàxia irregular, d’una magnitud absoluta de -17,7.
– l’NGC 5238, una galàxia espiral barrada, d’una magnitud absoluta de -15,6.
– l’NGC 5477, una galàxia irregular, d’una magnitud absoluta de -15,2.
– l’UGC 8508 (=Holmberg IV), una galàxia irregular, d’una magnitud absoluta de -14,5.
– l’UGC 8837, una galàxia irregular, d’una magnitud absoluta de -15,9.
– l’UGC 9405.

Astrofotografia que ens mostra l’M101, en el centre, i diverses galàxies que es troben en el mateix camp. De les galàxies assenyalades, l’NGC 5474, l’NGC 5477 i l’NGC 5473 són galàxies satèl•lits de l’M101. L’NGC 5422 i l’NGC 5484 són galàxies espirals molt més allunyades, no vinculades al Grup de l’M101.

Esquema del Supercúmul Local o Supercúmul de Virgo. El Grup de l’M101 és un dels grups galàctics perifèrics (no tant perifèric, però, com el nostre Grup Local), i tendeix a situar-se desplaçat una mica cap al nord supergalàctic respecte del pla general del conjunt

Mapa dels Grups Galàctics de l’M101 i de l’M51/M63, vistos des de la Terra. Fins i tot a nosaltres, que hem circulat a través d’aquestes regions galàctiques, se’ns fa difícil dir si caldria parlar d’un únic grup galàctic, o de tres grups (el de l’M101, el de l’M51 i el de l’NGC 5866).

Malgrat la proximitat física dels Grups Galàctics de l’M51, de l’M101 i de l’NGC 5866 (=M102), ens estimem més considerar-los tres grups diferenciats. En el cas del Grup de l’M51, amb una galàxia central molt destacada, la interacció gravitatòria interna és molt més elevada que la que pugui haver amb els dos grups galàctics veïns.

En el llibre “A Wrinkle In Time” (1962), de Madeleine L’Engle, un dels planetes que visiten els protagonistes és Uriel, “el tercer planeta de l’estel Malak, en la nebulosa espiral de Messier 101”.

Arxivat a Ciència i Tecnologia
One comment on “Un viatge (inter)galàctic a través del catàleg de Charles Messier: M101, una galàxia espiral de gran disseny envoltada de satèl•lits

Els comentaris estan tancats.

%d bloggers like this: