M 1, la Nebulosa del Granchio, è il residuo della supernova più famosa e cospicua del cielo. È il relitto secolare di un’esplosione stellare notato per la prima volta dagli astronomi cinesi nel 1054. La Pulsar del Granchio, una stella di neutroni che ruota 30,2 volte al secondo, ora giace al centro della nebulosa.

Osservazioni storiche

La supernova che ha creato la Nebulosa Granchio (SN 1054, anch’essa assegnata alla denominazione a stella variabile CM Tauri) è stata notata per la prima volta come “stella ospite” dagli astronomi cinesi il 4 luglio 1054 d.C. Secondo i documenti cinesi, raggiunse un picco di magnitudine di – 6 (quattro volte più luminosa di Venere!), rimase visibile alla luce del giorno per 23 giorni e nel cielo notturno per 653 giorni. I petroglifi trovati nel Navaho Canyon e nella White Mesa in Arizona e nel Chaco Canyon National Park nel New Mexico sembrano essere rappresentazioni dell’evento da parte degli indiani Anasazi.

Il residuo nebuloso della supernova è stato scoperto da John Bevis nel 1731. Charles Messier lo trovò in modo indipendente nel 1758, quando stava cercando la cometa di Halley al suo primo ritorno previsto. Messier pensò per la prima volta di aver trovato una cometa, ma presto si rese conto che non si muoveva. La sua scoperta di questo oggetto lo ha portato a compilare il suo famoso catalogo di oggetti simili a una cometa, per prevenire la loro confusione con le comete. Messier catalogò la nebulosa come prima voce della sua lista e ne riconobbe la scoperta da parte di Bevis quando se ne accorse nel 1771.

Messier 1 è stata battezzata “Nebulosa Granchio” da Lord Rosse, che la osservò dal castello di Birr in Irlanda intorno al 1844, perché un disegno che ne fece sembrava un granchio. Dei primi osservatori, Messier, Bode e William Herschel hanno correttamente osservato che la nebulosa non è risolvibile in stelle. Ma altri pensavano che fosse un sistema stellare che avrebbe dovuto essere risolto da telescopi più grandi; John Herschel, Lord Rosse e Lassell negli anni 1850, apparentemente scambiarono strutture filamentose come risolvibilità.

Osservazioni spettroscopiche alla fine del XIX secolo rivelarono la natura gassosa del Granchio. La prima foto di M 1 è stata ottenuta nel 1892 con un telescopio da 20 pollici. Le prime serie ricerche sul suo spettro, eseguite nel 1913 – 15 dall’astronomo dell’Osservatorio Lowell Vesto Slipher, dimostrarono che le sue linee di emissione spettrali erano divise. A tal fine è stata in seguito riconosciuta come effetto Doppler: mentre alcune parti della nebulosa si stanno avvicinando a noi, e quindi le loro linee sono spostate verso il blu, altre altre parti si allontanano da noi e quindi le loro linee sono spostate in rosso.

Nel 1921, gli astronomi degli osservatori di Lowell e Mt. Wilson hanno confrontato le fotografie della Nebulosa Granchio effettuate a distanza di anni e hanno scoperto che si stava espandendo a circa 0,2″ all’anno. La ricostruzione dell’espansione precedente ha rivelato che doveva essere iniziata circa 900 anni prima. Lo stesso anno Knut Lundmark notò la vicinanza di M 1 alla supernova SN1054.

Nel 1949, la Nebulosa Granchio venne identificata come una forte fonte di radiazioni radio ed elencata come Taurus A. I raggi X di questo oggetto sono stati rilevati nel 1963; la sorgente di raggi X è stata chiamata Taurus X-1. Le misurazioni durante le occultazioni lunari hanno mostrato che l’energia emessa dalla Nebulosa Granchio nei raggi X è circa 100 volte quella emessa nella luce visibile.

Nel 1968, una sorgente radio pulsante (catalogata come NP0532 o PSR 0531+21), è stata rilevata in M ​​1 dagli astronomi usando il radiotelescopio da 300 metri dell’Osservatorio di Arecibo a Puerto Rico. Questa pulsar è stata la prima di cui sia stata trovata la controparte ottica dello spettro nel 1969, quando gli astronomi dello Steward Observatory di Tucson, in Arizona, la trovarono a lampeggiare nello stesso periodo di 33,085 millisecondi come pulsar radio. Questa pulsar ottica viene talvolta indicata anche dalla denominazione a stella variabile della supernova, CM Tauri.

Nel 2007 emerse che la Pulsar del Granchio venne scoperta nell’estate 1967 – mesi prima del suo rilevamento ad Arecibo – dall’agente dell’aeronautica americana Charles Schisler in servizio radar. Successivamente Schisler ha scoperto altre pulsar; tuttavia, l’USAF decise di non pubblicare le sue conclusioni.

Aspetto e occultazioni

La Nebulosa Granchio può essere trovata abbastanza facilmente, circa 1° NO di Zeta Tauri, il “Corno meridionale” di Taurus, il Toro. Brilla di magnitudine 8.4, con dimensioni apparenti di 6×4 minuti d’arco.

La nebulosa può essere facilmente vista in un cielo limpido e scuro, ma può facilmente perdersi nell’illuminazione di sfondo in condizioni meno favorevoli. M 1 è situata in un bel campo della Via Lattea ed è appena visibile come una macchia fioca con binocolo 7×50 o 10×50. Con un po’ più di ingrandimento, è osservabile come una macchia nebulosa ovale, circondata dalla foschia.

Strumenti più piccoli confermano l’impressione di Messier che M 1 sembri una debole cometa senza coda. A partire da telescopi con un’apertura di circa 4″, alcuni dettagli nella sua forma diventano evidenti, con un accenno di una struttura chiazzata o rigata nelle parti interne. Solo in condizioni eccellenti, e con telescopi più grandi con un’apertura di almeno 16″, i filamenti e la struttura fine diventano visibili.

Poiché la Nebulosa Granchio si trova a solo 1-1/2° dall’eclittica, ci sono transiti occasionali di pianeti e occultazioni della Luna. Questi transiti e occultazioni possono essere usati per analizzare sia la nebulosa che l’oggetto che gli passa davanti. Quando i raggi X sono stati osservati per la prima volta dal Granchio, è stata utilizzata un’occultazione lunare per determinare la posizione esatta della loro fonte e i transiti lunari sono stati utilizzati per mappare le emissioni di raggi X dalla nebulosa.

Il Sole passa davanti alla Nebulosa Granchio ogni giugno, e in questo modo è stato possibile mappare la corona solare tramite osservazioni di M 1 nella banda radio negli anni ’50 e ’60. Nel 2003, lo spessore dell’atmosfera della luna di Saturno, Titano, è stato misurato a 880 km, poiché bloccava i raggi X dalla nebulosa. Il transito di Saturno di M 1 nel 2003 è stato il primo dal 1296; un altro non si verificherà fino al 2267.

Proprietà, Pulsar e Progenitore

Le fotografie scattate a distanza di decenni mostrano che il Granchio si sta espandendo visibilmente. Confrontando la sua espansione angolare con la velocità di espansione determinata dalla spettroscopia, la distanza della nebulosa è stata ben determinata in circa 6300 anni luce. M 1 ha dimensioni fisiche di circa 13 x 11 anni luce e si sta espandendo a circa 1800 km/s. La sua luminosità totale su tutto lo spettro è stimata in oltre 75000 soli!

La nebulosa è costituita da una massa di filamenti di forma ovale che circonda una regione centrale blu diffusa. I filamenti sono i resti dell’atmosfera della stella progenitrice, espulsi dall’esplosione della supernova; sono costituiti in gran parte da elio ionizzato e idrogeno, insieme a carbonio, ossigeno, azoto, ferro, neon e zolfo. I filamenti hanno temperature comprese tra 11000 K e 18000 K e densità di circa 1300 particelle per cm3.

La regione interna blu diffusa è prodotta principalmente dalla radiazione di sincrotrone. Questa è una radiazione emessa da elettroni ad alta energia, che si muove su percorsi curvi in ​​un forte campo magnetico fino a metà della velocità della luce. Questa spiegazione è stata proposta per la prima volta dall’astronomo sovietico Iosif Shklovsky nel 1953 e confermata tre anni dopo.

La fonte del forte campo magnetico è la pulsar al centro della nebulosa. Questa pulsar è il nucleo collassato della stella che divenne la supernova del 1054. È una stella di neutroni a rotazione rapida, più densa di un nucleo atomico e contiene più di 1,4 masse solari concentrate in un volume di soli 30 chilometri di diametro. Alla luce visibile, la pulsar è di sedicesima magnitudine. Ciò significa che questa stella molto piccola ha circa la stessa luminosità del nostro Sole nella parte visibile dello spettro. La stella di neutroni emette impulsi praticamente in ogni parte dello spettro da un “punto caldo” sulla sua superficie, poiché ruota più di 30 volte al secondo!

Come tutte le pulsar isolate, il suo periodo sta rallentando molto gradualmente a causa dell’interazione magnetica con la nebulosa. Occasionalmente, il suo periodo di rotazione mostra bruschi cambiamenti, o “terremoti”, causati da improvvisi spostamenti all’interno della stella di neutroni. L’energia rilasciata al rallentamento della pulsar è enorme ed è ora una fonte di energia importante che alimenta la nebulosa. La ricostruzione dell’espansione precedente della nebulosa produce costantemente una data di creazione diversi decenni dopo il 1054. Ciò implica che l’espansione è accelerata, che si ritiene sia causata dall’energia del campo magnetico della pulsar che si alimenta nella nebulosa.

L’estrema produzione di energia della pulsar crea una regione insolitamente dinamica al centro della Nebulosa del Granchio, cambiando nel tempo di solo pochi giorni. La caratteristica più dinamica nella parte interna della nebulosa è il punto in cui il vento equatoriale della pulsar colpisce la massa della nebulosa, generando un fronte d’urto.

I modelli teorici delle esplosioni di supernova suggeriscono che la stella che ha prodotto la Nebulosa del Granchio avesse una massa compresa tra 9 e 11 soli. Tuttavia, la massa combinata della nebulosa e della pulsar si sommano notevolmente meno di questo valore previsto. La teoria predominante per spiegare la massa mancante è che una parte sostanziale della stella progenitrice sia stata portata via prima della supernova da un veloce vento stellare. Tuttavia, ciò avrebbe creato un guscio attorno alla nebulosa. Sebbene siano stati fatti tentativi su diverse lunghezze d’onda per osservare un tale guscio, nessuno è stato ancora trovato.

11 febbraio 2024

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