Report osservativo: il globulare di Andromeda G1/Mayall II

Gli ammassi globulari orbitano negli aloni delle grandi galassie a spirale: sono densissimi ammassi sferoidali di centinaia di migliaia di stelle.

Un globulare di un’altra galassia

La notte del 20 agosto ho osservato al telescopio G1/Mayall II, l’ammasso globulare più luminoso della galassia di Andromeda… un ammasso globulare appartenente ad un’altra galassia, distante più di 2 milioni e mezzo di anni luce! (I dettagli dell’osservazione sono più sotto.)

G1 è stato scoperto nel 1953 dagli astronomi Nicholas Mayall e Olin J. Eggen.

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G1 è di magnitudine visuale 13.7. Dalla fotografia scattata dal telescopio Hubble si vede come G1 abbia una forma leggermente ellittica, e si trovi prospetticamente vicino a due stelle della nostra galassia. Sono due stelle di 14esima – 15esima magnitudine. Il suo colore giallastro ci fa capire che è un ammasso molto antico.

G1 non è solo l’ammasso globulare più luminoso della galassia di Andromeda: è l’ammasso più luminoso dell’intero Gruppo Locale: la sua luminosità è circa il doppio di quella di Omega Centauri, l’ammasso più grande e luminoso della nostra galassia. È anche gigantesco: il suo diametro è di circa mille anni luce (in confronto con i circa 150 anni luce di Omega Centauri).

La galassia di Andromeda è visibile anche all’occhio nudo sotto cieli bui e limpidi: appare, in visione leggermente distolta, come una piccola saetta biancastra: al telescopio è ricchissima di dettagli: le due bande di polveri che delineano due bracci della sua struttura a spirale, le due galassie satellite M32 e M110, l’immensa regione di formazione stellare NGC 206… ma questo è solo il disco visibile: la galassia di Andromeda si estende molto, molto di più.

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Credit: Robert Gendler, 2008

 

Questo globulare si trova ben fuori il disco visibile di Andromeda: é lontano 2 gradi e mezzo dal suo nucleo, a più di 100mila anni luce di distanza da esso.

Nell’immagine sottostante ho segnato l’area di cielo in cui si trovano i globulari G1 e G2: sembrano quasi non appartenere alla galassia di Andromeda!

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L’area di cielo in cui cercare i globulari G1 e G2. Schermata di Stellarium modificata in Gimp.

Osservazione di G1, G2 e UGC 330

La notte del 20 agosto è stata la prima luce per il nostro nuovo telescopio: un Dobson di 30 cm, f/5, della Sumerian Optics. Ci trovavamo sulle Alpi, all’altopiano del Nivolet, a circa 2500 metri: la notte era molto buia e trasparente, quasi senza vento e con poca umidità.

I globulari di Andromeda non sono segnati sugli atlanti stellari: per cercarlo ho stampato diversi articoli con report di altri osservatori e mappe costruite appositamente. In particolare ho utilizzato un articolo apparso sulla rivista Sky&Telescope (Exploring Messier 31, Alan Whitman, November 2013) e i campi ripresi dal telescopio DSS, che riporto più sotto.

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Scatto fatto da Marco con lo Smartphone mentre cerco G1. Sul tavolo il raccoglitore è aperto sulla fotocopio dell’articolo di Alan Withman. In cielo si riesce a intravedere la Via Lattea, e un pezzo di costellazione del Sagittario.

Per trovare G1 sono partita dal disco di Andromeda e mi sono poi spostata verso l’esterno. Una volta trovate tre stelle  di riferimentoabbastanza luminose, ho cambiato l’oculare per poter continuare lo star-hopping: ho inserito prima il 12 mm (125X) e poi, per riuscire a distinguere le deboli stelle del campo, ho dovuto continuare con il 9 mm (166X).

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Campo del DSS, 50X50 arcominuti.

Nell’immagine seguente è mostrato il campo inquadrato dall’oculare di 9 mm (AFOV 52°, FOV 19′):

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Campo campo del DSS di 30×30 arcominuti, con sovrapposto il campo inquadrato dall’oculare di 9 mm – da SkyPlanner, Sì, abbiamo battezzato il telescopio “Tardis”, perché si una volta chiuso si riduce ad una valigetta dalle dimensioni di un bagaglio a mano.

G1 si trova al vertice di un triangolo, i cui altri due vertici sono formati da una stella doppia e da un’altra stella. Nell’immagine seguente ho segnato alcuni dei pattern stellari con cui mi sono aiutata per orientarmi nello star-hopping:

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Alcuni dei pattern stellari con cui mi sono aiutata nello star-hopping. Immagine modificata in Gimp.

G1 appare evidentemente non stellare: non riesco a separare completamente le due deboli stelle che gli sono quasi sovrapposte, ma si capisce benissimo che ha una forma non sferica ma a sua volta “triangolare”, con due vertici più deboli verso l’esterno:

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Ingrandimento.

Dopo aver osservato G1 seguo un arco di deboli stelle e cerco un altro ammasso globulare, G2, di due magnitudi più deboli: l’osservazione si rivela complessa e non riusco a vederlo, anche sapendo dove cercarlo. Intravedo però qualcosa più sopra, proprio al limite della potenza del telescopio: è la galassia UGC 330, di 15esima magnitudine.

Avevo un conto in sospeso con G1 da diverso tempo!

Nel prossimo articolo (link a breve) racconto di questi tre giorni sulle Alpi.

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Il mistero dell’universo oscuro: resoconto di una serata all’Antares

Questo articoletto è stato scritto per il sito di Antares (lo trovate anche qui). Qui sul blog non ho forse ancora avuto occasione di citare Antares, il circolo astrofili di Legnano che mi ha permesso, da ragazzina, di incontrare l’astronomia e soprattutto delle persone oneste e estremamente appassionate che mi hanno guidato nella sua scoperta.

Venerdì 10 marzo è stata ospite da noi la dottoressa Paola Battaglia, che ha tenuto una conferenza sui due argomenti di punta della cosmologia contemporanea: la materia oscura e l’energia oscura.

Paola ha lavorato e sta lavorando di persona a questi due problemi aperti della cosmologia. In particolare, si occupa di cosmologia osservativa: ovvero di esperimenti che vanno a cercare di rivelare, misurare e comprendere  questi concetti di cui ancora non si sa quasi nulla e che si sta iniziando a sondare più nel profondo solo ora.

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Inizio della conferenza.
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Inizio della conferenza.
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La sala si riempie…

In questo momento Paola è impegnata nella missione Euclid dell’ESA, che volerà nel 2022 e che è dedicata alla ricerca della materia e dell’energia oscura: il satellite Euclid osserverà dallo spazio galassie e ammassi di galassie per mappare la geometria dell’universo, visibile e oscuro, misurando la forma e il redshift di galassie lontane fino a 10 miliardi di anni luce.

Negli anni passati Paola ha invece lavorato, tra le altre cose, alla missione Planck e all’analisi dei dati raccolti della radiazione cosmica di fondo – la mappa della prima luce del cosmo che svolge un ruolo decisivo in questo racconto.

Questi due concetti – la materia e l’energia oscura – sono forse ciò che c’è di più misterioso e che meno conosciamo sul nostro universo: per questo sentirne parlare in modo chiaro, affidabile e obiettivo da una scienziata che se ne occupa direttamente è stata un’esperienza estremamente interessante e stimolante.

Quello che effettivamente sappiamo sul nostro universo è rappresentato da questo diagramma: la materia detta “ordinaria” – ovvero quella di cui sono composte le stelle, il mezzo interstellare, i pianeti, le creature viventi… la materia che possiamo vedere e studiare perché è visibile in diversi modi – è una frazione piccolissima della composizione totale dell’universo: meno del 5%.

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È però proprio osservando solo questo 5% che gli astronomi hanno potuto pensare a queste altre due forme di energia e di materia che compongono il resto del cosmo – la maggior parte del cosmo.

Materia oscura ed energia oscura sono due concetti ben diversi tra loro, e Paola è andata a ripercorrerli: dallo loro scoperta e conferma, alle speculazioni teoriche e agli esperimenti correnti e futuri.

Non sappiamo cosa questa energia e questa materia siano, ci dice, ma vediamo i loro effetti e si è conosciuto qualcosa di più nei tempi recenti.

Gli ammassi di galassie sono gli oggetti più grandi e maestosi del nostro universo. La scoperta della materia oscura risale agli anni Trenta, quando l’astronomo Zwicky stava studiando l’ammasso di galassie della Chioma, Abell 1656: questo ammasso contiene più di mille galassie ed è lontano 300 milioni di anni luce.

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Ammasso di galassie della Chioma (Abell 1656). Credit: SDSS/Spitzer.

Zwicky stimò la massa dell’ammasso basandosi prima sulle misure di velocità delle galassie componenti, poi basandosi sulla loro luce… e non trovò lo stesso risultato: per giustificare le velocità elevate delle sue componenti, l’ammasso doveva essere in realtà molto più massivo di quanto si potesse stimare solo osservando la sua luce: doveva esserci una componente invisibile, partecipe però dell’attrazione gravitazionale. Negli anni Settanta, sono state compiute altre osservazioni, ad esempio del moto dei nubi di idrogeno nella galassia di Andromeda. Ancora, erano visibili gli effetti gravitazionali di una massa che non si riusciva a rivelare in altro modo.

Un’altra prova, esposta nei dettagli, della necessità di introdurre un tipo di materia nuovo, risiede proprio nella radiazione di fondo cosmico: essa apparirebbe in modo completamente diverso se materia ordinaria e oscura ed energia oscura fossero presenti in altre proporzioni tra loro. Un universo privo di materia oscura presenterebbe tutta un’altra “impronta” di fondo cosmico.

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Mappa della radiazione cosmica di fondo. Credit: PLANCK (ESA)

Paola ci ha narrato le tecniche principali usate per lo studio della materia oscura: le lenti gravitazionali e gli scontri tra galassie.

La materia deforma lo spaziotempo e la luce nel suo moto ne segue la curvatura: la luce che viaggia nello spazio  intergalattico fino a noi incontra le strutture cosmiche e ci indica in questo modo la presenza e la distribuzione di materia. Un ammasso di galassie è come se “piegasse” la luce e facesse da lente di ingrandimento: ci permette di vedere l’immagine,  ad esempio, di un’altra galassia, debole e lontana, nascosta dietro di esso. L’immagine di questa galassia viene deformata, moltiplicata, amplificata. A volte si distorce così tanto da formare un anello.

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Lente gravitazionale. Ammasso di galassie Abell 2218. Credit: ESA/HUBBLE.
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Lente gravitazionale. LRG 3-757. Credit: ESA/HUBBLE.

Aloni giganteschi di materia oscura circondano le galassie e gli ammassi di galassie, distorcendo fortemente lo spaziotempo con la loro massa.

La radiazione cosmica di fondo, anch’essa, altro non è che fotoni di luce partiti 380 mila anni dopo il Big Bang: anche questa luce aiuta a mappare la distribuzione di materia dell’universo: essa ha viaggiato 13 miliardi di anni ed è giunta fino a noi, attraversando l’intero universo osservabile.

Le galassie possiedono dunque al loro interno una grande quantità di materia oscura. Gli scontri tra galassie ci permettono di osservare come le stelle, le polveri e la componente oscura interagiscono con loro stesse.

L’energia oscura è un concetto, si può dire, ancora più nebuloso: una forma di energia introdotta per spiegare l’espansione accelerata dell’universo, la quale è stata scoperta studiando le velocità di allontanamento delle galassie lontane.

Negli anni venti, Hubble scoprì la legge lineare che lega la distanza alla velocità di recessione delle galassie: più una galassia è lontana, più si allontana velocemente rispetto a noi, perchè l’universo stesso che la trascina via nella sya espansione. Tempo dopo, sondando distanze più profonde e quindi tempi più remoti, si è visto che nel passato l’universo si è espanso più lentamente, per poi aumentare la sua velocità di espansione circo 8 miliardi di anni fa. Questa accelerazione è imputata ad una forma di energia che non era riconducibile a nulla conosciuto e per questo è stata chiamata oscura.

Anche la mappa della radiazione di fondo cosmico ha un ruolo decisivo nel provare l’esistenza dell’energia oscura…

Sono state citate tutte le teorie che stanno cercando di spiegare la natura di materia ed energia oscura. Ad esempio, ci ha raccontato quali tipi di particelle sono le possibili candidate per la composizione della materia oscura. Naturalmente, tutte le teorie fisiche aspettano una conferma sperimentale, e così ci ha parlato di quali esperimenti sono in atto e quali in programma.

Paola ha infine risposto alle domande del pubblico, facendo chiarezza, anche, su molte affermazioni fuorvianti che vengono riportate dai media e dai libri divulgativi.

Una serata, in definitiva, in cui si sono toccate due delle principali questioni aperte della cosmologia, e che ha fatto, in un certo senso, un po’ di luce su queste questioni “oscure”.

 

Il cielo ad occhio nudo – parte 5

Cassiopea

Continua da Il cielo ad occhio nudo – parte 4.

La costellazione di Cassiopea è facilmente riconoscibile perchè delinea una “W” – la “W di Cassiopea”. É una costellazione circumpolare, visibile in ogni momento dell’anno.

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Cassiopea. Akira Fujii/DMI. Cliccate sulla foto per raggiungere la sorgente originale.
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Con una modifica in Gimp.

La stella Schedar è una gigante arancione e si distingue dalle altre per il suo colore.

δ e ε Cassiopeiae si chiamano rispettivamente Ruchbah e Segin. γ Cassiopeiae stranamente non possiede un nome ufficiale, ma spesso viene indicata come Tsih, prendendolo a prestito dalla tradizione cinese, nella quale significa “la frusta”.

Intermezzo – γ Cassiopeiae

Esula da questa presentazione, ma vorrei condividere un’altra cosa legata alle stelle di Cassiopea – una cosa che ho scoperto nell’inverno del 2015: si tratta della peculiarità di γ Cassiopeiae. 

L’unico modo per comprendere qualcosa di profondo sulle stelle è tramite la spettroscopia. Solo scomponendo la loro luce si può scoprire cosa effettivamente sia una stella: la sua struttura fisica, gli elementi chimici che compongono il suo involucro più esterno (e il fatto quindi che le stelle possiedano una “atmosfera” e abbiano una struttura), la temperatura, la velocità di rotazione o di espansione, il loro moto proprio, le eventuali interazioni con altre stelle… in ultimo la comprensione delle reazioni nucleari al loro interno e dell’evoluzione stellare.

La spettroscopia essenzialmente ha segnato l’inizio di quello che ora consideriamo l’astrofisica. L’astronomia prima era essenzialmente “astronomia di posizione” (ma la sua storia – con strumenti come il cerchio meridiano e lo strumento dei passaggi e con personaggi come Flamsteed , Piazzi, Bessel… – credo valga la pena di essere approfondita). Le stelle si comportano quindi come delle sorgenti molto calde all’interno di un involucro gassoso. La radiazione proveniente dal nucleo stellare attraversa questi strati di gas più rarefatto e con l’uso di un prisma o di un reticolo si vedono delle linee scure, delle cadute nell’intensità della luce corrispondenti in modo univoco ad un elemento chimico o ad una molecola.

Osservando lo spettro di γ Cassiopeiae si trova una cosa piuttosto speciale: non ci sono solo sottili righe scure che striano l’arcobaleno di colori, ma ci sono quelle che sono chiamate linee di emissione, che si trovano solitamente nelle nebulose. Quando ho accostato l’occhio all’oculare del telescopio, dopo aver inserito il reticolo, ho visto subito una netta riga rossa, molto luminosa, nel punto in cui si trova la riga H-alpha. Sapevamo, effettivamente, cosa avremmo trovato, ma ci ha stupito lo stesso quella linea rossissima. E questo fatto ha permesso agli astronomi di capire che γ Cas  presenta un disco di gas rotante che si sviluppa sul suo piano equatoriale, emesso dalla stella stessa. Le righe di emissione sono prodotte proprio da questo disco di gas.

Intermezzo – La velocità della luce

Penso che stia in questo l’interesse duraturo nell’osservare il cielo: nell’unione di un’emozione pura legata alla bellezza del cosmo e dello stimolo intellettuale nel sapere cosa si sta guardando. Questa conoscenza si ottiene leggendo e informandosi sulle ricerche nell’ambito astronomico e astrofisico:sapere anche solo la distanza di un oggetto, o che le galassie sono sistemi immensi di stelle, posti a distanze inconcepibili, magari dalle forme ritorte e malleate dall’effetto di enormi attrazioni gravitazionali.

Cosa che mi stupisce sinceramente è il concetto di velocità della luce.  Le distanze vengono misurate non in unità di spazio, ma negli anni che la luce impiega per viaggiare tra un oggetto celeste e la Terra. Così il raggio di luce che proviene dal Sole è partito dalla sue superficie 8 minuti prima rispetto a quando ci raggiunge. Da Sirio, la luce ha viaggiato per otto anni prima di impressionare la retina o il sensore della macchina fotografica. E così via, fino a incontrare remoti ammassi di galassie a 300 o 500 milioni di anni di distanza. La cosa più “lontana” che la scienza può osservare, effettivamente, è quella che è chiamata la “radiazione cosmica di fondo”, risalente a più di 13 miliardi di anni fa, poco dopo rispetto a quando l’universo ha avuto origine.

Andromeda

La punta della “W” formata da Caph, Schedar e γ Cas può essere utile da utilizzare (questo è il metodo che mi è stato insegnato, e che trovo molto intuitivo) come freccia per localizzare la Galassia di Andromeda.

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Cassiopea e Andromeda. Akira Fujii/DMI. Cliccate sulla due foto per raggiungere la pagina  originale.
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Con una modifica in Gimp.

La Galassia Andromeda, nell’omonima costellazione, è visibile ad occhio nudo sotto cieli molto bui e trasparenti come quelli dell’alta montagna. Appare come una affusolata, sottile luminosità. Si mostra ad intermittenza, in visione distolta, ma si trova immediatamente una volta che si sa dove cercare.

Al binocolo la visione è perfetta. Ecco, le stelle che vediamo in cielo appartengono tutte alla nostra galassia, mentre questa è un altro sistema, lontano 2 milioni e mezzo di anni luce dal nostro.

Alla Galassia di Andromeda avevo già dedicato questo pezzo nell’ottobre del 2016: Il cielo ad occhio nudo – La Galassia di Andromeda.

La Galassia Triangolo

Rimanendo ancora un attimo con il binocolo in mano, si può scendere, superando la Galassia di Andromeda e la stella Mirach, ed entrare nella costellazione del Triangolo.

Molto più debole ed evanescente di Andromeda, e vista di faccia invece che di piatto, si può trovare la Galassia del Triangolo. È però necessario il binocolo e un cielo particolarmente buio e pulito per individuarla.

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Triangulum constellation. Credit: Akira Fujii/DMI. Cliccate sulla fotografia per raggiungere la pagina originale.

Almach?

Mi sono ispirata alla stella γ And per battezzare questo blog. Il nome Almach (o Almaak) ha origine dalle popolazioni beduiniche della penisola arabica, prima dell’avvento dell’Islam, e si riferisce ad un piccolo felino selvatico del deserto. Almach ha anche una particolarità che si può scoprire con l’uso di un piccolo telescopio: è un sistema multiplo le cui due componenti principali formano una doppia visuale dai colori incantevoli: una stella è di un giallo d’orato, l’altra azzurra. È una piccola gemma del cielo.

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Almach (o Almak, Almaak), γ And. Credit: John Nanson. Sketch dal bellismo blog degli “star splitters” Greg Stone e John Nanson, dal post Almach: a first approach. “A sight that will stir your soul on a cold winter night!”

Pegaso

Alpheraz è indicata con un doppia designazione: α And e δ Peg. Appartiene infatti a due costellazioni: Andromeda e Pegaso.

Andromeda si aggancia all’asterismo del “grande quadrato del Pegaso”:

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Cassiopea, Andromeda, Triangolo e Pegaso. Schermata dal software Stellarium.

Alpheraz è la stella che segna il vertice in alto a sinistra. Proseguendo verso l’angolo della foto, sempre in alto a sinistra, si incontra Mirach:

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The Great Square of Pegasus. Alpheraz, Scheat, Markab, Algenib, Mirach. Akira Fujii/DMI. Cliccate sulla fotografia per raggiungere la pagina originale.

Cassiopea, Andromeda… a cosa sono legati questi nomi? I nomi che utilizziamo per queste due costellazioni provengono ancora dalla mitologia Grecia. Il mito di cui fanno parte Cassiopea e Andromeda però comprende ben sei costellazioni: Cassiopea, Perseo, Andromeda, Cefeo, Ceto e anche Pegaso…

Ancora ne mancano tre prima della narrazione del mito che le stelle hanno reso immortale.

Il cielo ad occhio nudo – La Galassia di Andromeda

Vorrei raccontare cosa si può vedere realmente alzando semplicemente gli occhi al cielo. Bisogna recarsi in luoghi bui, limpidi e asciutti. Noi astrofili ci inerpichiano con le nostre auto per le strade delle Alpi o degli Appennini, o sogniamo di recarci in Sud America, in Australia, o nel deserto africano.

È possibile vedere una galassia ad occhio nudo.

La Galassia di Andromeda si può vedere senza strumenti. Appare, in visione leggermente distolta, come una saetta chiara, soffusa e sottile.

Per trovarla, ci si può aiutare con la constellazione di Cassiopea… si segue la direzione della prima “punta”, segnata dalla stella Schrdar, α Cassiopeae, e scendendo verso Mirach, la stella β di Andromeda. Ed è lì: è un’altra galassia, lontana 2 milioni e mezzo di anni luce – una distanza indicibile in chilometri – eppure è la galassia più vicina a noi, escludendo le galassie nane del Gruppo Locale. È un’immagine vecchia di 2 milioni e mezzo di anni. È una visione antica.

La cosa più sottile della questione – e che mi sorprende sempre – è che il diametro apparente di questa galassia è di 3 gradi, ovvero è sei 6 volte più grande di quello della Luna. 

Alcuni oggetti astronomici (come il Velo del Cigno o ampie nebulose diffuse) sono enormi nel cielo, ma non riusciamo a vederli ad occhio nudo per una questione di quanta luce possiamo raccogliere – sono oggetti deboli: la loro luminosità è diffusa su una superficie molto grande.

Se prendiamo un telescopio o un binocolo, anche modesti, la visione si arricchisce di particolari.

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Credit: Paola Battaglia, Filippo Riccio

All’inizio, un neofita vede solo il nucleo luminoso della galassia… È successo anche a me: per un certo tempo non ho visto altro che un oggetto oblungo con due satelliti. Gli oggetti astronomici sono strani da osservare, bisogna imparare a farlo. Ad un certo punto, si incominciano a distingure le bande scure (due, in particolare) formate dalle polveri delle sue braccia a spirale: allora l’immagine diventa improvvisamente più grande, e acquista profondità. Ci si accorge che effettivante il suo diametro esce dal campo e si indebolisce quasi senza soluzione di continuità.

Con un telescopio amatoriale, si può entrare nei meandri di questa galassia: osservare la regione  NGC 206… una nube stellare (un’associazione OB) nei bracci di un’altra galassia. È possibile osservare addirittura… i suoi globulari. Il più luminoso di essi è indicato con G1 o Mayall II.  È osservabile da telescopi amatoriali con specchi forse poco più grandi di 200 mm. È un globulare di un’altra galassia. 

Sono visibili con facilità anche due galassie satellite di Andromeda: in questa fotografia, M 110 si trova in basso a destra, mentre sopra il nucleo c’è M32. Sono entrambe due galassie nane elllittiche.