charles messier

CHARLES
MESSIER
10/12/2010
IL CATALOGO
Il Catalogo di Charles Messier è stato il primo catalogo astronomico di oggetti
celesti diversi dalle stelle. Fu compilato dall’astronomo francese con il nome
originale Catalogue des Nébuleuses et des Amas d'Étoiles e pubblicato nel
1774.
CHARLES MESSIER
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Nella serata di introduzione al “Ciclo Messier” abbiamo parlato di Charles Messier e della sua
passione per le comete.
Abbiamo visto come proprio questa sua passione lo portò ad elencare un numero di oggetti
celesti da non confondere con le comete, pensando con ciò di aiutare i futuri cacciatori di comete a
non cadere in errori e a non confondersi.
Charles Messier non avrebbe mai pensato di passare alla storia dell’astronomia proprio per
questi oggetti, anziché per le comete scoperte.
Il Catalogo di Messier racchiude, quindi, una serie di corpi celesti dall’apparenza diffusa, e
quindi non puntiforme come le stelle. Si tratta del primo catalogo di questo tipo. La classificazione
dei corpi celesti, tuttavia, non si esaurisce distinguendo tra stelle e corpi diffusi, visto che quest’ultima
categoria presenta molte e sostanziali diversità al proprio interno.
Il Catalogo contempla quindi galassie, nebulose, ammassi stellari aperti e chiusi più qualche
oggetto di dubbia individuazione.
Durante questa lezione, allora, porteremo la nostra attenzione proprio su queste categorie di
oggetti. Introdurremo i concetti di galassia, nebulosa e via discorrendo cercando di capire cosa sono,
da dove vengono e perché sono li. Scopriremo che molti di questi oggetti sono legati alla nascita
oppure alla morte delle stelle, e questo ci consentirà quindi di iniziare anche un breve viaggio nella
vita di una stella.
Durante la spiegazione forniremo esempi di oggetti anche non facenti parte del catalogo
dell’astronomo francese. Dalle prossime serate, invece, affronteremo una categoria di corpo celeste
alla volta, cercando di sfruttare i momenti di maggior visibilità di ciascuna di esse e mostrando il
maggior numero di oggetti classificati da Charles Messier.
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IL CATALOGO DI MESSIER
Il Catalogo di Messier viene pubblicato per la prima
volta nel 1774, con il nome Catalogue des Nébuleuses et
des Amas d’Etoiles. Nella prima edizione comprendeva 45
oggetti, indicati oggi con una sigla da M1 a M45, mentre
la pubblicazione finale del 1781 comprendeva 103
oggetti e fu stampata su Connaissance des Temps del
1784. Sei oggetti furono aggiunti dopo la morte di
Messier, mentre l’ultimo fu aggiunto nel 1966, M110, già
indicato dall’astronomo come satellite di M31.
Il catalogo prevede 8 nebulose diffuse e 4 planetarie, 27 ammassi aperti, 29 ammassi
globulari, 39 galassie. A questi si aggiungono tre oggetti particolari: M102 sembra una ripetizione
di M101, mentre M40 ed M73 sembrano soltanto zone di cielo ad elevata densità stellare e non
oggetti particolari. Charles Messier era un tipo molto preciso, tanto che ad oggi soltanto M102
sembra irrintracciabile. Per un secolo, tuttavia, alcuni oggetti non riuscivano ad essere rintracciati
alle coordinate indicate dall’astronomo stesso.
o M47 è un ammasso stellare aperto nella costellazione della Poppa (allora Nave Argo), ma
un errore nel segno della declinazione fece ammattire la comunità scientifica nella ricerca di questo
oggetto fantasma. Solo nel 1959 si riuscì a capire l'errore.
o M48 fu identificato soltanto nel 1959, dal momento che Messier indicò una posizione errata
di 5° rispetto a quella corretta. L'oggetto era già stato catalogato come NGC2548, ed ora è noto
anche come M48.
o M91 è una galassia nella Vergine, ma Messier misurò la sua posizione con riferimento a M89
mentre riportò i dati riferendosi a M58. Capire questo errore è stato molto arduo.
o M102 potrebbe essere un duplicato di M101 oppure un altro errore in 5° in ascensione
retta, dove ci sarebbe la galassia NGC5866.
DISTRIBUZIONE DEGLI OGGETTI DI MESSIER
Nella mappa stellare sono riportati gli oggetti di Messier nel cielo. La parte a destra
dell’immagine è quella che riguarda questo periodo, il cielo di autunno inverno.
La parte centrale è visibile nella stagione primaverile mentre la parte a sinistra è prettamente
estiva.
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Come si nota, la maggior parte degli oggetti si stacca dallo sfondo della Via Lattea e la parte
più cospicua si ha proprio nella zona del Sagittario-Scorpione, in piena estate, nel centro galattico.
Proprio grazie a questa dispersione di oggetti le serate del ciclo Messier devono abbracciare per
forza di cose un periodo molto lungo dell’anno, per arrivare all’estate.
FIGURA 1: DISTRIBUZIONE DEGLI OGGETTI DEL CATALOGO NEL CIELO VISIBILE
DALLE NEBULAE ALLE NEBULOSE
Il termine “nebula” è stato largamente utilizzato in maniera del tutto generalizzata ai tempi di
Charles Messier, tanto che qualsiasi oggetto di natura non stellare, e quindi non puntiforme, veniva
indicato genericamente come nebula.
Non si conosceva ancora la distinzione tra galassia e nebulosa, dal momento che Messier visse
tra la fine del 1700 e l’inizio del 1800 mentre la piena consapevolezza dell’esistenza delle
galassie, ad esempio, risale alla fine del 1800.
L’immagine mostra chiaramente la diversa natura di M31, una galassia, M35, un ammasso
aperto, M3, un ammasso globulare, M57, una nebulosa planetaria, M42, una nebulosa diffusa, e
M40, un sistema stellare.
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FIGURA 2: ESEMPI DELLA DIVERSA NATURA DEGLI OGGETTI INSERITI NEL CATALOGO
Alcuni oggetti erano chiaramente, anche all’epoca, ammassi stellari, come le Pleiadi, ma altri
apparivano soltanto come macchie sfocate pur essendo, ad esempio, ammassi globulari.
Le nebulose sono corpi celesti di natura diffusa, composti da un addensamento
superiore alla media “cosmica” di polveri e gas. Niente stelle quindi nella loro
definizione, ma soltanto elementi più o meno volatili come gas e polveri cosmiche.
A loro volta, le nebulose non sono tutte uguali e risultano
anzi legate a diversi momenti della vita di altri corpi celesti
come le stelle.
Sappiamo che le stelle sono condensazioni di masse
gassose che raggiungono un tale livello di pressione e di
temperatura da innescare fusioni nucleari. Quindi per formare
le stelle occorrono masse enormi di gas e polveri, che è proprio
la definizione di nebulosa.
FIGURA 3: SCAMBI TRA MEZZO INTERSTELLARE E
STELLE
Sappiamo, inoltre, che le stelle – nel momento in cui
terminano la propria scorta di combustibile nucleare – non
riescono più a sostenere il peso della propria massa e
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collassano. Sia che si tratti di stelle di
piccola massa come il Sole, sia che si tratti
di stelle di grande massa come ad
esempio Betelgeuse, una gran parte della
polvere acquisita in fase di formazione
stellare viene restituita al mezzo
interstellare in un modo più o meno
violento.
Le nebulose, quindi, sono legate a
doppio nodo alle stelle, sia nella fase
della loro nascita sia nella fase della loro
morte.
LE NEBULOSE E LA NASCITA STELLARE
FIGURA 4: NEBULOSA AD EMISSIONE, AQUILA (M16) NELLA
CODA DEL SERPENTE, POSTA A 1700 ANNI LUCE DAL SOLE.
SCOPERTA DA MESSIER NEL 1745.
Le nebulose legate alla nascita stellare sono riconoscibili per il fatto di essere accompagnate a
stelle giovani e calde, tipicamente dalla luce azzurra, nate proprio dalla condensazione della
nebulosa stessa. In astronomia è solito distinguere tra tre macro-categorie di nebulosa.
Le nebulose ad emissione emettono luce in seguito ad un fenomeno di ionizzazione degli atomi
di cui è composta: la radiazione delle stelle neonate è talmente intensa da riuscire a strappare un
elettrone all’atomo che compone la gas della nebulosa. Quando l’elettrone si ricongiunge al nucleo
atomico genera energia sottoforma di luce visibile, dando vita alla luce che vediamo. Il colore,
solitamente rosso, dipende dal livello di energia. L’immagine mostra la nebulosa “Aquila”, nota
come M16 e posta nella costellazione del Serpente
Le nebulose a scattering, meglio note come nebulose a riflessione anche se il termine è
improprio, non emettono luce propria ma – come i pianeti – riflettono quella delle stelle che hanno
vicino.
La radiazione di queste stelle
non è sufficiente ad innescare la
ionizzazione degli atomi della
nebulosa, quindi la luce che
vediamo, solitamente tendente al
blu, deriva dal “dirottamento” dei
fotoni provenienti dalle stelle
vicine.
FIGURA 5: NEBULOSA A RIFLESSIONE IC 2118, IN ERIDANO, ILLUMINATA DA
RIGEL, IN ORIONE. POSTA A 1000 A.L.
Il fenomeno è lo stesso che ci
consente di vedere il cielo azzurro
sopra di noi: la radiazione a
minor lunghezza d’onda (blu) del
sole viene diffusa in tutto il cielo
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dalle particelle atmosferiche, donando la tinta azzurra a tutto il cielo. Al tramonto, invece, gli strati
atmosferici attraversati dal Sole, basso all’orizzonte, sono più densi e riescono a deviare anche la
radiazione a lunghezza d’onda maggiore, ed è per questo che il cielo si tinge di rosso.
Il terzo tipo di nebulosa non emette affatto luce: sono le nebulose oscure. E’ impossibile vedere
un oggetto che non emette luce su uno sfondo buio come il cielo notturno, quindi ci accorgiamo
dell’esistenza delle nebulose oscure quando vengono a trovarsi tra noi ed una fonte di luce. Spesso
questi banchi fitti di polvere assumono forme particolari dalle quali derivano i loro nomi, come la
famosa nebulosa numero 33 del catalogo di Barnard, sconosciuta come B33 ma nota a tutti come
Testa di Cavallo.
FIGURA 6: NEBULOSA OSCURA BARNARD 33 (TESTA DI CAVALLO) IN ORIONE
LE NEBULOSE E LA MORTE STELLARE
Dalle nebulose, quindi, nascono le stelle. Ma
dalle stelle nascono altre tipologie di nebulose. Le
stelle si possono suddividere in corpi di massa mediopiccola, come il nostro Sole, oppure corpi di grande
massa.
FIGURA 7: M57, UNA NEBULOSA PLANETARIA NELLA
VOLPETTA
Le stelle di piccola massa espellono i loro strati
più esterni che si disperdono nello spazio più o meno
simmetricamente intorno alla nana bianca che resta,
più o meno, al centro. Questa espansione dà vita alle
cosiddette nebulose planetarie.
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Il nome può dare adito a fraintendimenti: i pianeti non c’entrano nulla con questa categoria di
oggetti, ma le prime nebulose trovate apparivano, alla strumentazione ottica del tempo, come
piccoli tondi nel cielo, esattamente come i pianeti, e da qui il loro fantasioso nome. Proprio le loro
forme particolari ed i colori diversificati che assumono rendono questi oggetti tra i più belli del cielo,
tanto da essere definiti come le farfalle del cosmo.
Le stelle di grande massa, invece, terminano la loro vita in maniera molto più fragorosa, dando
vita ad uno dei maggiori eventi di universo violento, l’esplosione di supernova. La contrazione della
stella morente è talmente grande e la massa è talmente elevata che il gas contratto riesce a
raggiungere temperature elevatissime tali da innescare tutte le fusioni nucleari possibili. Ciò che
resta è un oggetto estremamente compatto noto come stella di neutroni oppure, nel caso più
estremo, buco nero. Intorno a questo oggetto “galleggia” il resto di questa esplosione, noto come
resto di supernova.
FIGURA 8: M1, LA NEBULOSA DEL GRANCHIO, NELLA COSTALLAZIONE DEL TORO
RICAPITOLANDO:
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LE GALASSIE
Le galassie sono insiemi di stelle, singole
ed associate, e mezzo interstellare, il
tutto legato insieme dalla reciproca
attrazione gravitazionale.
Le stelle, ovviamente, sono i corpi celesti
con i quali abbiamo maggior dimestichezza nel
FIGURA 9: DEEP FIELD IMAGE DI HUBBLE
cielo notturno dal momento che rappresentano
la stragrande maggioranza delle luci che
vediamo in cielo, tanto che i non addetti ai lavori scambiano per stelle anche i pianeti visibili in un
determinato periodo.
Il mezzo interstellare è invece composto da materiali che non riusciamo a vedere ad occhio nudo
e neanche in via diretta se non in qualche raro caso. Questi materiali sono gas e polveri interstellari,
e sono materiali dai quali nascono nuove stelle e che sono stati lasciati nello spazio da stelle già
morte.
Non è stato semplice, nella storia dell’astronomia, arrivare a concepire l’esistenza delle galassie
dal momento che noi stessi, come Sistema Solare, ci muoviamo all’interno di una galassia chiamata
Via Lattea. Qualcosa di particolare si notava nel cielo in maniera evidente, ma è senza dubbio
difficile scoprire cosa c’è all’esterno guardando da dentro. Sono servite osservazioni più profonde
del cielo, quindi, per arrivare a capire che l’universo è cosparso di strutture grandi e lontanissime,
molto più lontane delle stelle che vediamo nel cielo ogni sera.
FIGURA 10: LA VIA LATTEA COME CI APPARE DA TERRA
Dallo studio della Via Lattea che tagliava in due il nostro cielo e soprattutto di un oggetto
diffuso nella costellazione di Andromeda, oggi noto con la sigla M31, siamo giunti a capire che
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l’universo è costellato di galassie e che la nostra è una delle
tante. Questo lo abbiamo capito con certezza soltanto con gli
studi cosmologici di gente come Edwin Hubble e con il
potenziamento degli strumenti osservativi, che ci ha consentito di
rintracciare, all’interno di queste ‘nebulae’, oggetti simili a quelli
presenti nella nostra Galassia.
Le dimensioni di queste strutture vanno da 1.000 a
100.000 Parsec di diametro mentre il contenuto stellare va da
poche decine di milioni di componenti per le galassie nane a
mille miliardi di stelle per le galassie maggiori. Tutte queste
stelle sono legate dal fatto che orbitano tutte intorno ad un
comune centro di massa, rappresentato proprio dal centro galattico o, come recenti studi
testimoniano, quasi.
FIGURA 11: M31, LA GALASSIA DI
ANDROMEDA
Dal punto di vista osservativo le galassie si presentano sotto i nostri occhi con aspetti e forme
estremamente variegati. La diramazione principale vede la distinzione tra le galassie a spirale e le
galassie ellittiche. Le prime, che possono avere al centro una barra oppure esserne prive,
presentano un nucleo centrale dal quale partono bracci più o meno lunghi, sede principale della
formazione stellare. La nostra Via Lattea è proprio una galassia a spirale, presumibilmente barrata.
FIGURA 12: CLASSIFICAZIONE GALATTICA DI HUBBLE
Le galassie ellittiche, invece, presentano una forma più
affusolata, non presentano strutture a bracci e presentano una
popolazione stellare solitamente più antica abbinata ad una
quantità di gas minore. Di solito le galassie ellittiche giganti sono
poste al centro di grandi ammassi galattici ed anche per questo,
data la maggior concentrazione di galassie al centro di un
ammasso, si ritiene che le galassie ellittiche siano il risultato di
collisioni tra galassie a spirale.
FIGURA 13: GALASSIA DI HOAG
Al fianco di queste due grandi categorie, ne troviamo altre
minori come quelle rappresentate dalle galassie irregolari o
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FIGURA 14: M45, L'AMMASSO APERTO
DELLE PLEIADI
lenticolari (Oggetto di Hoag)
Gli ammassi aperti sono insiemi di stelle legate tra loro da
una reciproca attrazione gravitazionale. Spesso, al loro
interno, è presente ancora del materiale nebulare
rappresentante il resto della nube molecolare dalla quale le
stelle hanno avuto origine e sono presenti prevalentemente
all’interno del disco galattico, dove è maggiore la
formazione stellare.
Queste strutture si sono create fin dalle origini dell’universo, quando la radiazione che stava per
invadere l’universo venne ad avere delle piccole oscillazioni quantistiche, piccolissimi addensamenti
di materia che – in quelle condizioni – ebbero però la forza di iniziare ad attrarre altra materia.
Proprio da minuscole fluttuazioni quantistiche, quindi, hanno avuto origine le strutture più grandi che
oggi vediamo intorno a noi.
GLI AMMASSI APERTI
A QUESTO PUNTO POTREBBE GENERARSI UN PO’ DI CONFUSIONE: LE GALASSIE SONO
INSIEMI GRAVITAZIONALI DI STELLE, GAS E POLVERI. GLI AMMASSI APERTI SONO INSIEMI
GRAVITAZIONALI DI STELLE, GAS E POLVERI. E ALLORA COSA CAMBIA?
Sappiamo che le stelle altro non sono che masse enormi di gas compresso a tal punto da
innescare delle reazioni nucleari tali da farle brillare di luce propria. Nascono dal collasso
gravitazionale di masse di gas, chiamate nubi molecolari, e di certo da una massa così grande non
prende vita una sola stella. Le stelle, quindi, nascono in gruppi di migliaia di componenti e per i
primi anni della loro vita restano legate gravitazionalmente. Proprio questi sono gli ammassi aperti:
insiemi di stelle nate dalla stessa nebulosa primordiale ed ancora legate tra loro tanto che
osservativamente parlando si mostrano come una zona di cielo più fitta di stelle rispetto alle zone di
cielo adiacenti.
Dal momento che si tratta di stelle di nuova formazione, si tratta di oggetti celesti relativamente
giovani. La maggior parte delle stelle, o meglio quelle più visibili, sono giganti azzurre, caldissime e
molto brillanti ed è per questo che a volte gli ammassi aperti si rendono visibili anche ad occhio
nudo. In realtà all’interno di un ammasso aperto non tutte le stelle nascono come giganti azzurre, ma
ovviamente sono proprio le stelle di questo tipiche risultano maggiormente visibili. Ogni stella
dell’ammasso aperto, nascendo dalla stessa nebulosa, è caratterizzata dalla stessa composizione
chimica e dalla stessa età. Le differenze che si riscontrano tra le varie stelle, quindi, è legata
essenzialmente alla massa. Le stelle più massicce terminano prima la propria vita rispetto alle altre.
Ne segue che se in un ammasso aperto ci sono molte stelle blu rispetto a quelle rosse, l’ammasso è
più giovane di un altro che invece presenta un gran numero di stelle rosse e poche blu.
Gli ammassi aperti rappresentano sempre, comunque, una delle categorie di oggetti più
affascinanti da osservare con binocoli o telescopi a bassi ingrandimenti.
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Gli ammassi globulari sono insiemi di stelle legate
gravitazionalmente a formare una struttura
caratterizzata da una altissima concentrazione e da
una forma pressappoco sferoidale.
Il loro futuro, con il passare degli anni (qualche
miliardo), è quello di perdersi fino a formare un flusso di
FIGURA 15: AMMASSO GLOBULARE M3
stelle caratterizzate dallo stesso moto proprio ma troppo
distanti per essere ancora legate gravitazionalmente. Un
esempio può essere dato dalle stelle dell’Orsa Maggiore, che fanno parte tutte di uno stesso stream
di stelle insieme a Sirio.
GLI AMMASSI GLOBULARI
In genere si tratta di oggetti che orbitano intorno al centro galattico, nell’alone delle galassie,
presenti quindi quasi esclusivamente nelle zone più centrali della galassia laddove la formazione
stellare è rara ed il mezzo interstellare, inteso come gas e polveri, scarseggia.
Non è un caso se all’interno degli ammassi globulari la formazione stellare sia nulla, mancando
la materia prima dalla quale attinge la nascita delle stelle.
Le componenti, quindi, sono prevalentemente stelle di Popolazione I, stelle rosse ed anziane al
punto tale che gli ammassi globulari sono gli oggetti più antichi della galassia, con età che arrivano
a 10 miliardi di anni.
In genere la popolazione di un ammasso globulare consiste di centinaia di migliaia di stelle
confinate in uno spazio di pochi parsec cubici.
Attualmente la Via Lattea ne conta 158, ma galassie più grandi, come Andromeda, ne contano
fino a 500 mentre le giganti ellittiche (M87) possono contenerne anche diverse migliaia.
Le stelle che compongono questi oggetti, come detto, sono in prevalenza giganti rosse molto
antiche, eppure ogni tanto al loro interno si presentano delle giganti azzurre, talmente rare da
essere state battezzate vagabonde azzurre.
Eppure negli ammassi globulari non ci sono polveri né gas tali da poter formare una stella di
questo tipo. In realtà la grandissima concentrazione interna ad un ammasso globulare rende
frequenti le collisioni, e proprio collisioni di stelle antiche, si ritiene, possono innescare processi di
“ringiovanimento” degli astri, che tornerebbero a brillare di luce più calda e azzurra.
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