GALAXY

The Galaxy with Four Arms

— MESSIER 106 —

Messier 106, a spiral galaxy with anomalous arms lit by its active black hole, in 58.8 hours of HaLRGB

Processed by Nicolas Rolland, Paris, as part of the Astrofleet Team. 58.8 hours gathered with our own setup at PixelSkies, Castilléjar, Spain.

This galaxy has four spiral arms. Two of them contain no stars.

A spiral in Canes Venatici

Messier 106 is an intermediate spiral in Canes Venatici, between 22 and 25 million light-years away — barred, but weakly enough that the classification hedges. Pierre Méchain found it in 1781, and Charles Messier added it to his catalogue of nebulae and clusters. Dust lanes trace a spiral pattern that can be followed all the way into the bright central core, and the arms end in blue knots: young clusters dominated by hot massive stars with lifetimes of a few million years. The yellowish remnant of an older arm is visible too, its colour saying that its most massive stars stopped shining long ago.

Two arms with nothing in them

Then there are the other two. They were found in H-alpha in 1961 and have been called the anomalous arms ever since, because nothing about them behaves like a spiral arm: they hold no star clusters, no dust lanes, and no stars at all. What they hold is hot gas. The black hole at the centre of Messier 106 drives jets out into the disc, and the jets shock the gas they pass through, which then glows in hydrogen and in radio. The arms are the wake of something that came from the middle, not structure the galaxy built.

The galaxy that weighs black holes

That black hole is known better than most, and the reason is a ring of water molecules orbiting inside it. The molecules act as natural masers — microwave lasers — bright enough and compact enough to be tracked individually by radio interferometry. Following them around their orbits gives the mass of what they are orbiting by geometry alone, with no model in between: about forty million solar masses. The same measurement gives the distance to the galaxy directly, one of the most precise ever obtained outside our own, and it is one of the anchors the whole extragalactic distance scale is calibrated against. Carl Seyfert had picked up the unusual emission lines in 1943, and the galaxy has been a radio source since the 1950s; the masers explained what was underneath.

Thirty-four hours of hydrogen

A TS-Optics CF-APO of 155 millimetres at f/8 with a monochrome sensor, from Castilléjar in March 2023, fifty-nine hours in all — and thirty-four of them are H-alpha, in ten-minute frames. That ratio is the whole answer to this subject. The anomalous arms emit almost nothing in broadband: they are not stars, and a luminance frame records the galaxy without them. Twenty-two hours of luminance in three-minute frames carry the disc, the dust and the star clusters; the H-alpha carries what the black hole did. The field runs 62 by 42 arcminutes for a galaxy about a fifth that size, which leaves room for the faint outer halo — and that is where fifty-nine hours runs out. Gathered with the Astrofleet team's own setup at PixelSkies.


Version française
Cette galaxie a quatre bras spiraux. Deux d'entre eux ne contiennent aucune étoile.
 
Messier 106 est une spirale intermédiaire des Chiens de Chasse, à 22 à 25 millions d'années-lumière — barrée, mais assez faiblement pour que la classification hésite. Pierre Méchain l'a découverte en 1781, et Charles Messier l'a ajoutée à son catalogue de nébuleuses et d'amas. Des bandes de poussière y dessinent un motif spiral qu'on peut suivre jusqu'au noyau central brillant, et les bras s'achèvent en nœuds bleus : de jeunes amas dominés par des étoiles chaudes et massives dont la durée de vie n'excède pas quelques millions d'années. Le vestige jaunâtre d'un bras plus ancien est visible également, sa couleur indiquant que ses étoiles les plus massives ont cessé de briller depuis longtemps.
 
Restent les deux autres. Ils ont été repérés en H-alpha en 1961 et on les appelle depuis les bras anormaux, parce que rien en eux ne se comporte comme un bras spiral : ni amas d'étoiles, ni bandes de poussière, ni la moindre étoile. Ce qu'ils contiennent, c'est du gaz chaud. Le trou noir au centre de Messier 106 projette des jets dans le disque, et ces jets choquent le gaz qu'ils traversent, lequel rayonne alors en hydrogène et en radio. Ces bras sont le sillage de quelque chose venu du centre, non une structure que la galaxie aurait construite.
 
Ce trou noir est mieux connu que la plupart, et la raison en est un anneau de molécules d'eau en orbite autour de lui. Ces molécules se comportent en masers naturels — des lasers à micro-ondes — assez brillants et assez compacts pour être suivis un à un par interférométrie radio. Les suivre sur leurs orbites donne la masse de ce qu'elles orbitent par la seule géométrie, sans modèle intermédiaire : une quarantaine de millions de masses solaires. La même mesure donne directement la distance de la galaxie, l'une des plus précises jamais obtenues hors de la nôtre, et elle sert d'ancrage à l'étalonnage de toute l'échelle des distances extragalactiques. Carl Seyfert avait relevé les raies d'émission inhabituelles dès 1943, et la galaxie est connue comme source radio depuis les années 1950 ; les masers ont expliqué ce qu'il y avait dessous.
 
Une TS-Optics CF-APO de 155 millimètres à f/8 avec un capteur monochrome, depuis Castilléjar, en mars 2023 : cinquante-neuf heures au total, dont trente-quatre en H-alpha, en poses de dix minutes. Ce rapport est toute la réponse au sujet. Les bras anormaux n'émettent presque rien en large bande : ce ne sont pas des étoiles, et une pose de luminance enregistre la galaxie sans eux. Vingt-deux heures de luminance en poses de trois minutes portent le disque, la poussière et les amas ; le H-alpha porte ce qu'a fait le trou noir. Le champ couvre 62 sur 42 minutes d'arc pour une galaxie cinq fois plus petite, ce qui laisse de la place au halo extérieur — et c'est là que cinquante-neuf heures s'arrêtent. Données rassemblées avec le setup propre à l'équipe Astrofleet, à PixelSkies.
 
Deux supernovae ont été relevées dans Messier 106. SN 1981K, de type II, a été découverte le 3 novembre 1981 par l'astronome suisse Paul Wild. SN 2014bc, de type IIP, a été découverte par le PS1 Science Consortium, PS1 désignant le premier télescope du relevé Pan-STARRS.

Technical data
OpticsTS-Optics CF-APO 155 mm @ f/8
CameraZWO ASI2600MM Pro
MountiOptron CEM70
FiltersHa, L, R, G, B
PaletteHALRGB Ha blended into red
LocationPixelSkies, Castilléjar, Spain
DateMarch 2023
Exposures58.8 hours Ha: 203 × 600sec · L: 439 × 180sec · R: 20 × 180sec · G: 20 × 180sec · B: 20 × 180sec
Distance~25 Mly
SoftwarePixinsight, Photoshop
CopyrightsNicolas Rolland & Team Astrofleet
Finding chart Intermediate Spiral Galaxy — finding chart
RA12h 18m 04.4s Dec+47° 29′ 16.0″ Size62.6 × 41.7 arcmin Orientationup is 273° E of N ConstellationCanes Venatici