Nebulae di Andromeda
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 “A queste due ugualmente mirabili ne aggiungo una terza veramente insigne, da nessuno (per quanto ne sappia) osservata. Osservo questa Stellam Caecam sulla coscia destra di Andromeda, o sotto il giglio di Cassiopeia...per quanto vista attraverso il telescopio, in essa non appare una moltitudine di stelle concentrate, ma ancora lo splendore di stella occulta, simile ad una cometa...” Con queste parole Giovan Battista Hodierna, straordinario osservatore di nebulae siciliano, documenta la sua riscoperta indipendente della Grande Galassia di Andromeda, l’oggetto n° 31 del catalogo di Messier. L’astronomo siciliano non era il primo a documentare l’esistenza del più straordinario oggetto celeste della costellazione di Andromeda, ma in effetti a quel tempo poteva non esserne al corrente.

Verso le 21,00 di una qualunque sera di metà ottobre, se il cielo è limpido e buio, e senza traccia di Luna, un osservatore che si trovi ad una latitudine simile a quelle della Sicilia, da cui osservava Hodierna, vedrà nel cielo orientale le Pleiadi basse, a circa 20° sull’orizzonte. Salendo verso lo zenit di venti - venticinque gradi, incontrerà la base del Triangolo, la piccola costellazione confinante con Andromeda. Salendo ancora verso lo zenit di altri venti gradi circa, giungerà ad una stellina di magnitudine 4,5: n Andromedae; meno di 1° sopra questa stella si estende un tenue, sfumato bagliore nebbioso che, se lo guardate direttamente, sembra quasi sfuggirvi; ma, appena ne distogliete lo sguardo, torna ad imporre prepotentemente la sua presenza. Se avete con voi un binocolo, quale che sia, anche il più modesto dei binocoli da teatro, dirigetene gli obbiettivi su questa fioca luminosità: se avete avuto la fortuna di trovare la notte giusta, vedrete uno spettacolo che non dimenticherete mai.

Essendo visibile ad occhio nudo in buone condizioni di seeing, quest’oggetto era già noto nell’antichità. L’astronomo persiano Abd al-Rahman Al-Sûfi la indicò col nome di  piccola Nube nel suo Libro delle Stelle Fisse nel 964 d.C.; ma non può esserne considerato lo scopritore, dato che egli stesso ne parla come di un oggetto ampiamente noto ai suoi tempi. Messier, che evidentemente non ne era al corrente, ne ascrisse la scoperta a Simon Marius, il quale l’aveva descritta nel 1612, dopo averla osservata al telescopio, come “...simile alla fiamma di una candela vista attraverso un corno...biancastra, irregolare; più brillante verso il centro”.

G.     B. Hodierna (1597-1660) la riscoprì indipendentemente, non essendo al corrente né della menzione di Al-Sûfi né della scoperta di Marius, e la descrisse, con le parole che ho riportato, nel suo “De Admirandis Coeli Characteribus”, stampato a Palermo nel 1654. Messier la inserisce nel suo catalogo 110 anni più tardi, il 3 agosto 1764, quando è un oggetto ormai ben noto: “La bella nebulosa della cintura di Andromeda, in forma di fuso; M. Messier l’ha esaminata con diversi strumenti, e non vi ha riconosciuta alcuna stella: essa somiglia a dua coni o piramidi di luce opposti per la base...Questa nebulosa fu scoperta nel 1612 da Simon Marius...”

Fu a lungo nota come Grande Nebulosa di Andromeda: fino ai primi anni del XX sec. non era affatto certo che M31 si trovasse fuori della Via Lattea. William Herschel credeva, ovviamente sbagliando e di molto, che la sua distanza da noi non eccedesse le 2.000 volte la distanza di Sirio. Fu Immanuel Kant il primo ad ipotizzarne la possibile natura extragalattica, nella sua “Storia generale della natura e teoria del cielo”[1].

William Huggins, il pioniere della spettroscopia, notò per primo le differenze spettrali tra le vere nebulose gassose e queste altre, che ora sappiamo essere galassie. Il dilemma fu chiarito definitivamente nel 1923, allorché il telescopio da 2,5 m. di Mount Wilson fu in grado di risolverla, almeno parzialmente, in stelle. Di queste, molte erano variabili cefeidi, di cui si potevano osservare le variazioni di luminosità: dal loro periodo si dedusse la magnitudine assoluta e, di conseguenza, dal confronto con quella apparente, anche la distanza. Anche se la stima della distanza ebbe a subire, da allora, diverse correzioni dovute a fattori quali la diversa stima del valore dell’assorbimento del mezzo interstellare, pure era tale da non lasciar dubbi circa la natura extragalattica di M31.

La prima supernova che sia mai stata osservata al di fuori della nostra galassia fu scoperta da Hartwig il 20 agosto 1885 in M31; fu designata come S Andromedae, e raggiunse magnitudine 6 circa. Il fenomeno fu osservato da diversi altri astronomi, ma soltanto Hartwig ne comprese l’importanza.

M31 si trova a 1° circa ad ovest della stella n Andromedae (V: 4,52). Le sue dimensioni (6 volte circa il diametro apparente della Luna Piena, lungo l’asse maggiore) sono tali che la sua visione, a causa degli eccessivi ingrandimenti, non è tanto spettacolare al telescopio quanto in un buon binocolo: splendida la visione che se ne può ottenere con un 7 x 50, anche di modesta qualità, sotto un cielo veramente buio. I telescopi amatoriali di dimensioni più ragguardevoli possono invece permettere la visione dei più luminosi tra gli oltre 300 ammassi globulari che avvolgono l’alone di questa superba galassia.  Un buon riflettore da 200 mm di apertura permette di apprezzare, in buone condizioni di seeing, la vistosa banda oscura che corre lungo l’orlo nordoccidentale del rigonfiamento centrale. Tra le nubi stellari di M31, una è particolarmente cospicua, tanto da essersi meritata una voce separata nel catalogo NGC: viene infatti designata come NGC206. Sempre un buon telescopio da 200 mm è in grado di rilevarla al margine meridionale della galassia. Per le nebulose planetarie (Baade, nel 1955, ne scoprì 5, ma di magnitudine 22) ci vogliono ben altri mezzi, fuori dalla portata di qualunque strumento amatoriale..

Ci si potrebbe chiedere come mai, se quest’oggetto è così grande, non si osservi ad occhio nudo in tutta la sua magnificenza ma si riesca a malapena, sapendo dove guardare, a scorgere un tenue, pallidissimo bagliore nebbioso. Il motivo è semplice: non è di ingrandimenti che necessitiamo, quando osserviamo quest’oggetto, ma di un amplificatore di luce: M31 è molto grande, ma estremamente debole, e la luce che riesce a raccogliere la nostra pupilla è troppo poca per rivelarla. Un binocolo, avendo una pupilla d’entrata (l’obiettivo) dieci volte maggiore (50 mm. contro i 5, in media, di una pupilla umana adattata al buio), ha una capacità di raccogliere luce cento (10²) volte superiore; ecco perché con un binocolo, anche di modesta potenza, riusciamo a vedere così tanto di più che ad occhio nudo.

La Grande Galassia di Andromeda è senz’altro uno degli oggetti celesti più fotografati. Per la sua grande estensione angolare (3° circa) è alla portata delle focali di 1 metro o meno: con le focali più lunghe l’oggetto non entra più nella diagonale del fotogramma 24x36 mm. Non dobbiamo farci ingannare dalla favorevole magnitudine e dalla grande estensione: non si tratta di un soggetto facilissimo. M31 richiede assolutamente un cielo molto buio e una quota altimetrica di almeno 600-700 metri, onde evitare che gli strati più bassi dell’atmosfera, più densi e inquinati, pregiudichino il contrasto dell’immagine; il seeing deve essere ottimo. Far risaltare le deboli braccia spirali obbliga ad esposizioni il più possibile lunghe, che però tendono a sovraesporre le regioni più centrali. I migliori risultati si ottengono con la tecnica della compositazione di più negativi. M31 è anche alla portata di teleobiettivi non troppo spinti: già una focale di 250 mm. può offrire buone immagini.

M31 è la galassia gigante più vicina alla nostra; con la Via Lattea ed altre, tra cui le più notevoli sono M32, M110 ed M33, forma il cosiddetto Gruppo locale. Ancor oggi M31 è certamente la galassia esterna più studiata. E’ d’immenso interesse perché permette studi dall’esterno su tutte le caratteristiche di una galassia, caratteristiche che sono in massima parte proprie anche della nostra, ma che non si possono osservare in essa perché ostacolate dall’assorbimento del mezzo interstellare. Vi sono studi permanenti sulla struttura spirale, sugli ammassi globulari e aperti, sulla materia interstellare, sulle nebulose planetarie, sui resti di supernovae, sul nucleo galattico, sulle galassie compagne ed altro ancora. Alcune di queste caratteristiche sono di grande interesse anche per gli astrofili: lo stesso Charles Messier osservò le sue due compagne più luminose, M32 ed M110, che sono visibili già in un binocolo, e molto spettacolari con un piccolo telescopio. Gli astrofili meglio equipaggiati, con un telescopio di almeno 250 mm. di diametro, possono ottenere dall’osservazione di M31 molto di più, ad esempio G1, l’ammasso globulare più luminoso. Appena 1° ad est di M31 c’è la stella n Andromedae, che è stata catalogata da Tycho Brahe il quale, incredibilmente, non notò la vicinissima galassia.

Tra le scoperte originate dall’osservazione della Grande Galassia di Andromeda, una delle più importanti riguarda la distinzione delle stelle in due distinte popolazioni, scoperta fondamentale, tra l’altro, nella comprensione dei meccanismi dell’evoluzione stellare e, di conseguenza, dell’evoluzione dell’universo. Nel 1953, infatti, fu chiaro che le braccia spirali di M31 sono ricche di luminosissime giganti azzurre e di regioni nebulose immerse in immense nubi di polvere (stelle di Popolazione I), mentre il grande rigonfiamento centrale, intorno al nucleo, è un immenso agglomerato di stelle rosse e gialle, molto più deboli (Popolazione II). Questa scoperta servì, tra l’altro, a correggere la distanza della galassia, che risultò più che raddoppiata rispetto alle stime precedenti: si scoprì infatti che esistono cefeidi di entrambe le popolazioni; quelle che si erano prese come campione nella nostra galassia erano di popolazione II, mentre quelle che si erano osservate in M31, essendo di Popolazione I, sono più brillanti almeno di 1,5 magnitudini rispetto a quanto si credesse prima.

Recentemente, lo Hubble Space Telescope ha rivelato che M31 ha un doppio nucleo: probabilmente ha divorato una galassia più piccola, che le si era avvicinata un po’ troppo.

La Grande Galassia di Andromeda probabilmente contiene oltre 300 miliardi di stelle, e la sua massa supera di 400 miliardi di volte quella del nostro Sole. La luminosità totale è quella di oltre 11 miliardi di Soli, e la magnitudine totale, secondo Alan Sandage, è circa –20,3. Il suo diametro è stimato in 200.000 a. l., il doppio della Via Lattea. La sua distanza, tra i 2,2 e i 2,4 milioni di a. l.

Il nucleo di M31 ospita un buco nero massiccio? - Quando, nel 1999, la NASA mise in orbita il Chandra X-ray Observatory,  molti astronomi erano comprensibilmente  ansiosi di vedere le prime immagini ad alta risoluzione di M31 prese nei raggi X.  I primi dati ottenuti dallo Hubble Space Telescope avevano rivelato nel nucleo di M31 un candidato a buco nero la cui massa equivaleva a quella di 30 milioni di Soli. Se realmente esiste lì un buco nero supermassiccio, allora ci deve essere anche una sorgente di raggi X che ne tradisca la presenza. Perché un buco nero emette raggi X? In realtà, non è il buco nero stesso che risplende come sorgente di radiazione X. Le stelle e il gas interstellare che si trovano nelle vicinanze del buco nero però possono essere intrappolate dalla sua immensa forza di gravità. Questo materiale inizia a precipitare vorticosamente in una spirale sempre più veloce in direzione del buco nero, riscaldandosi fino a temperature di milioni di gradi, ed inizia ad emettere radiazione X.  Il disco di materiale che circonda il buco nero viene chiamato disco di accrescimento.

Chandra ha realizzato un'immagine in raggi X del nucleo di M31 il 13 ottobre 1999, e l’immagine contiene oltre 100 sorgenti individuali di raggi X. La maggior parte di esse si pensa siano sistemi stellari binari, ma uno si trova proprio al centro della galassia, proprio dove dovrebbe trovarsi il buco nero. Ciò avvalora con forza l’ipotesi di una spaventosa concentrazione di massa al centro di M31. L’immagine in falsi colori realizzata dal  Chandra X-Ray Observatory, mostra, come punti giallastri,  diverse sorgenti di raggi X, la maggior parte delle quali è verosimilmente costituita da sistemi binari, all’interno delle regioni centrali della galassia di Andromeda. Il punto blu posto proprio al centro della galassia coincide con la posizione di un sospetto massiccio buco nero. Il candidato a buco nero in M31 è grande (30 milioni di masse solari), ma ce n’è di molto più massicci. Alcune galassie attive sembrano ospitare nei loro nuclei buchi neri con masse tra i 100 milioni e 1 miliardo di volte quella solare.

Il buco nero in M31 sembra notevole per una diversa ragione. I dati forniti dallo spettrometro di Chandra mostrano che la temperatura del disco di accrescimento è di appena 1 milione di gradi. Per qualunque standard terrestre questa è una temperatura elevatissima. Ma per gli astrofisici delle alte energie questo è vero e proprio freddo. Un telescopio per raggi X non vede neppure la materia finché questa non raggiunge il milione di gradi. Per esempio, le altre sorgenti nell’immagine di Chandra registrano una temperatura di circa 10 milioni di gradi. Probabilmente questi sono sistemi binari in cui una stella normale orbita intorno ad una stella di neutroni o ad un piccolo buco nero. La stella normale alimenta di materiale un disco di accrescimento intorno alla sua densa compagna, e dal disco stesso, caldissimo, viene emessa radiazione X. Questi sistemi hanno masse che vanno da alcune masse solari ad alcune decine al massimo. I teorici si aspettano che il disco di accrescimento intorno ad un buco nero massiccio sia caldo ed energetico almeno quanto questi sistemi leggeri. Le osservazioni di Chandra, invece, ci dicono che attorno al buco nero di Andromeda forse è in atto un tipo di flusso del tutto differente, che richiede di trovare una classe di modelli totalmente diverso da quelle usualmente considerate. Una possibilità è che il gas venga sottoposto dei moti su larga scala di natura convettiva che rallentino la velocità con cui il gas stesso cade nel buco nero.

M32 fu scoperta da Le Gentil il 29 ottobre 1749. Ecco come Le Gentil racconta la sua scoperta: “Mentre stavo osservando la nebulosa di Andromeda con un ottimo telescopio da 18 piedi...ho visto un’altra piccola nebulosa, di circa 1’ di diametro...” La descrizione di Messier, 3 agosto 1764: “Piccola nebulosa senza stelle, al di sotto e a qualche minuto da quella della cintura di Andromeda; questa piccola nebulosa è rotonda, il suo splendore inferiore rispetto a quella della cintura. M. Le Gentil l’ha scoperta il 29 ottobre 1749. M. Messier l’ha vista per la prima volta nel 1757 e non vi ha notato alcun cambiamento.”

E’ una piccola ma brillante compagna della grande galassia di Andromeda, M31, ed è dunque membro del Gruppo locale di galassie. Si trova vicinissima alla sua gigantesca compagna, circa 24 minuti d’arco a sud del nucleo di M31. Non va confusa con M110 (NGC205), anch’essa ellittica, che si trova invece appena a nord di M31, un po’ più staccata da essa di quanto non lo sia M32. E’ una nana di circa 3 miliardi di masse solari, ed ha un diametro lineare di circa 8.000 a. l., assai poco a confronto della sua gigantesca compagna spirale. Ciononostante, il suo nucleo ha caratteristiche paragonabili a quelle del nucleo di M31: circa 100 milioni di masse solari, 5.000  soli per parsec cubico, sono in rapida rotazione attorno ad un oggetto centrale supermassiccio: probabilmente, un buco nero.

In un pianeta che ruotasse intorno a una stella vicina alle regioni centrali di questa galassia, il cielo sarebbe dominato dalla presenza di quest’oggetto, mentre alla sua periferia soltanto un emisfero celeste ne sarebbe coinvolto, e l’altro mostrerebbe solo poche stelle esterne e lo spazio intergalattico. Il direzione di M31, la gigantesca galassia offrirebbe un affascinante spettacolo ad un virtuale astronomo che si trovasse su un pianeta alla periferia di M32.

Questa galassia fu scoperta da Charles Messier il 10 agosto 1773, e descritta in un suo bellissimo disegno (Messier era un abile disegnatore, e ci ha lasciato delle splendide mappe celesti) della Grande Nebulosa di Andromeda e delle sue compagne pubblicato nel 1807; ma, strano a dirsi, Messier non la incluse mai nel suo Catalogo, non si sa bene per quale motivo. Fu aggiunta di recente (è l’ultimo oggetto aggiunto al Catalogo), su proposta di Kenneth Glyn Jones nel 1966. Indipendentemente dalla scoperta di Messier, Caroline Herschel scoprì M110 il 27 agosto 1783, e William Herschel la catalogò col numero 18 H V. Com’é ovvio, per trovare M110 basta individuare M31: si trova proprio accanto ad essa, appena un po’ a nordovest. M110 è la seconda brillante galassia satellite della Grande Galassia M31, insieme con M32, e dunque è anch’essa membro del Gruppo locale. La piccola galassia ellittica M110 si trova all’incirca alla stessa distanza di M31, 2,2 milioni di anni luce. E’ di tipo E5 o E6 ed è considerata peculiare perché mostra alcune strutture oscure, inconsuete (probabilmente nuvole di polveri) in una galassia ellittica. Apparentemente, ha anche diversi ammassi globulari nell’alone che la circonda. La sua massa è stimata tra 3,6 e 15 miliardi di masse solari.

NGC752 è un largo e sparso ammasso di stelle abbastanza brillanti, situato a circa 5° sud dalla g Andromedae e un po’ più ad est. Si apprezza meglio con un binocolo piuttosto che con un telescopio anche piccolo, a causa dell’ampia area che occupa e della sua poca densità. Le stelle più brillanti, una quindicina su oltre 60 probabili membri, vanno dalla 9^a alla 10^a magnitudine, le altre arrivano alla 12^a. Benché non sia un oggetto granché spettacolare per l’osservazione, questo ammasso è per altri versi estremamente interessante: il suo diagramma H-R mostra una popolazione stellare che si colloca a metà strada tra quella di un tipico ammasso galattico e quella di un ammasso globulare per quel che riguarda lo sviluppo dell’evoluzione stellare e quindi l’età dell’ammasso. La maggior parte dei membri è costituita da subgiganti di tipo spettrale F che si trovano ben al di sopra della sequenza principale  e stanno presumibilmente evolvendosi verso lo stadio di giganti.

H.     Arp (1962) ipotizzò che NGC752 (come NGC7789 in Cassiopeia e NGC2158 nei Gemelli) si siano formati nelle regioni esterne della Galassia quando la formazione stellare non era ancora particolarmente intensa e il mezzo interstellare era meno ricco di oggi di atomi di elementi pesanti. In effetti, le analisi spettrali confermano il fatto che le subgiganti di NGC752 sono più povere di tali elementi di un fattore 2 rispetto alla media di altri ammassi galattici.

Un’altra relativa stranezza di NGC752 è il fatto che la sua sequenza principale si interrompa, verso il basso, sopra la magnitudine assoluta +4: non si sono trovati membri più deboli, e probabilmente non ne esistono. Ciò potrebbe spiegarsi col fatto che tali membri meno massivi potrebbero aver avuto il tempo, data la venerabile età di NGC752 e la sua scarsa concentrazione, di sfuggire gradatamente al modesto campo gravitazionale dell’ammasso.

Io ritengo che NGC752 sia stato scoperto da Giovan Battista Hodierna, che lo considerò una nebula del tutto particolare a causa della sua simmetria, rispetto alla costellazione del Triangolo, con M33. Hodierna indica tale configurazione con l’espressione “Quae iuxta Triangulum, vel hinc inde, duplex”[7], il che si può tradurre : “Quella vicino al Triangolo, che è doppia o che si estende dall’una all’altra parte”. La posizione dei due oggetti (entrambi visibili ad occhio nudo in un cielo eccezionalmente limpido) sembra rispondere perfettamente ad una simile descrizione, che Hodierna ripete in ben tre occasioni nel libro (ancora a pag. 11 e a pag. 48). Va inoltre notato che, nella regione del Triangolo, non c’è alcun asterismo o gruppetto di stelle che possa giustificare quell’espressione. Questa interpretazione dell’espressione usata da Hodierna per descrivere la nebula “iuxta Triangulum” è stata proposta da chi scrive, ma la proposta di identificarla con la sola M33 era già stata avanzata, nel 1984, da Giorgia Foderà Serio, Lucio Indorato e Pietro Nastasi in un articolo sul Journal for the History of Astronomy in cui rivelavano l’opera pionieristica dell’astronomo siciliano.

Qui vorremmo chiarire un paio di punti che, da allora, sono rimasti in sospeso.

In un articolo comparso sulla stessa rivista qualche mese dopo, Kenneth Glyn Jones, dopo aver espresso grande apprezzamento per il lavoro dei tre studiosi siciliani, apparentemente smonta le possibili identificazioni della nebula iuxta Triangulum con M33 con l’argomento, che potrebbe sembrare incontrovertibile, che il telescopio di Hodierna non era assolutamente in grado di rivelare la debole luce di M33.

In realtà, l’argomento portato da Kenneth Glyn Jones è privo di consistenza: infatti Hodierna, contrariamente a ciò che fa per altri oggetti, non dice mai che questa nebula è stata da lui scoperta attraverso il telescopio. E’ un oggetto di estensione tale da fargli usare l’espressione hinc inde (dall’una all’altra parte: da una parte all’altra, ovviamente del Triangolo, di cosa, se no?) non poteva essere stato osservato che ad occhio nudo. Le posizioni di M33 e NGC752 rispetto alla costellazione del Triangolo possono essere valutate nel disegno riprodotto qui a destra. Ora, tutta l’opera dell’astronomo siciliano dimostra un’abilità di osservatore assolutamente eccezionale. Il cielo sotto cui operava era certamente un cielo straordinariamente limpido. E i due oggetti in questione sono, in condizioni ideali di seeing, visibili ad occhio nudo da parte di un osservatore di quell’abilità. La magnitudine di NGC752 è infatti di magnitudine 5,7 (Sky Catalogue 2000.0). E, per quanto riguarda M33, faccio rispondere a Kenneth Glyn Jones direttamente dal non meno autorevole Burnham (Burnham’s Celestial Handbook, vol. III, pag. 1899): “From a truly dark sky site, it may be glimpsed faintly without optical aid; this has been independently confirmed by Walter Scott Houston, Leslie C. Peltier, and other experienced observers.”

Concludendo: l’occhio acutissimo di Hodierna, accanito cercatore di comete al pari del più fortunato Messier (che ne seguirà inconsapevolmente le orme oltre un secolo dopo) ha intravisto gli spettrali bagliori provenienti dai due debolissimi (per l’occhio nudo) ma piuttosto estesi oggetti; la loro posizione singolarmente simmetrica rispetto alla piccola costellazione del Triangolo ha stimolato la sua fantasia, facendogli pensare ad una nebula forse “doppia”  (o talmente estesa da andare da una parte all’altra del Triangolo, ma con soltanto le due estremità abbastanza brillanti da poter essere viste): in ogni caso, l’oggetto era troppo grande per essere osservato col suo telescopio.

Oggetto molto bello ma difficile per i piccoli strumenti. Solo in condizioni di seeing ideale è accessibile a diametri di 150 mm. E’ una delle più belle galassie spirali il cui piano equatoriale ci si presenti esattamente di taglio, ma sono necessarie lunghe pose fotografiche e consistenti aperture per rivelarci le cospicue bande di polveri e i dettagli del suo piano equatoriale. Si trova quasi esattamente a metà strada tra g Andromedae e l’ammasso aperto M34 in Perseo.

Molto debole, una spirale vista quasi perfettamente di taglio, orientata in direzione nord-sud. Il nucleo coincide praticamente con una stella di magnitudine 9,12, al centro di un triangolo di stelle più piccole (mediamente magnitudine 11,5) il cui vertice punta ad est.

La Blue Snowball Nebula (Palla di neve azzurra) è già osservabile come una stellina nebulosa nei più piccoli telescopi; con uno da 150 mm. di diametro a 50x è visibile come un piccolo disco. Per cominciare ad osservare un aspetto anulare occorrono almeno 250 mm.