Andromeda hat einen D25-isophotalen Durchmesser von etwa 46,56 Kiloparsec (152.000 Lichtjahren) und liegt rund 765 kpc (2,5 Millionen Lichtjahre) von der Erde entfernt. Das ist, kosmisch betrachtet, nahe genug, dass ein persischer Astronom sie Jahrhunderte vor der Erfindung des Teleskops mit bloßem Auge festhielt – und weit genug entfernt, dass die genaue Bestimmung der Entfernung ein Jahrhundert der besten astronomischen Instrumente erforderte.
Andromeda ist die nächstgelegene große Galaxie zur Milchstraße, und sie steht nicht still. Sie verringert die Distanz zu uns, und lange nachdem alle, die dies hier lesen, nicht mehr da sind, werden die beiden Galaxien zu einer verschmelzen.
Eine vor tausend Jahren festgehaltene Wolke
Um das Jahr 964 n. Chr. beschrieb der persische Astronom Abd al-Rahman al-Sufi die Andromedagalaxie in seinem Buch der Fixsterne als „nebligen Fleck" oder „kleine Wolke". Es war der erste historische Hinweis auf die Andromedagalaxie und der früheste bekannte Hinweis auf eine andere Galaxie als die Milchstraße – festgehalten von jemandem, der unmöglich wissen konnte, dass es sich überhaupt um eine Galaxie handelte, geschweige denn um eine, die über zwei Millionen Lichtjahre entfernt lag.
Fast tausend Jahre lang nach al-Sufi konnte niemand sagen, was dieser Fleck wirklich war. War es eine nahe Gaswolke innerhalb der Milchstraße, oder etwas völlig anderes, das unvorstellbar weit dahinter lag? Die Beantwortung dieser Frage wurde zu einer der prägenden Debatten der Astronomie des 20. Jahrhunderts.
Eine Debatte, die die amerikanische Astronomie spaltete
Die Vorstellung, dass es Galaxien jenseits der Milchstraße gebe, war Anfang des 20. Jahrhunderts so umstritten, dass sie zur „Großen Debatte" zwischen Shapley und Curtis führte, in der die Astronomen Harlow Shapley und Heber Doust Curtis am 26. April 1920 an der National Academy of Sciences über die Natur der „Nebel" und die Größe der Milchstraße debattierten. Shapley hielt die Milchstraße für das gesamte Universum; Curtis argumentierte, dass verschwommene Flecken wie Andromeda eigenständige „Inseluniversen" seien, die vollständig außerhalb davon lägen.
Curtis hatte Beweise, wenn auch unvollkommene. 1917 beobachtete er eine Nova innerhalb von Andromeda. Nach der Durchsicht photographischer Aufzeichnungen wurden 11 weitere Novae entdeckt, und Curtis bemerkte, dass diese Novae im Schnitt 10 Größenklassen schwächer waren als jene, die anderswo am Himmel auftraten. Daraus konnte er eine Entfernungsschätzung von 500.000 Lichtjahren (32 Milliarden AE) ableiten – für die damalige Zeit eine gewaltige Entfernung, obwohl sie sich später als weniger als ein Viertel des tatsächlichen Werts herausstellen sollte.
Das Teleskop, das die Frage klärte
Um die Shapley-Curtis-Debatte zu klären, brauchte es ein größeres Teleskop – und das bekam sie. Edwin Hubbles Beobachtungen aus dem Jahr 1924 mit dem kurz zuvor fertiggestellten 100-Zoll-Hooker-Teleskop bewiesen schlüssig, dass diese Nebel viel zu weit entfernt waren, um Teil der Milchstraße zu sein, und dass es sich tatsächlich um ganze Galaxien außerhalb der Milchstraße handelte. Curtis hatte mit den „Inseluniversen" recht gehabt; ihm hatte lediglich das Instrument gefehlt, um es endgültig zu beweisen.
Hubbles Methode stützte sich auf Cepheiden, veränderliche Sterne, deren Helligkeit in einem Rhythmus pulsiert, der direkt mit ihrer wahren Leuchtkraft zusammenhängt, sodass Astronomen berechnen konnten, wie weit sie entfernt sein mussten, um so schwach zu erscheinen. Es war ein Durchbruch – aber nicht das letzte Wort zur Entfernung von Andromeda, denn die Methode selbst hatte noch einen verborgenen Fehler.
Warum sich die Entfernung immer wieder verdoppelte
Die geschätzte Entfernung der Andromedagalaxie von unserer eigenen wurde 1953 verdoppelt, als entdeckt wurde, dass es einen zweiten, schwächeren Typ von Cepheiden gibt. Astronomen hatten zwei unterschiedliche Arten von Cepheiden mit unterschiedlichen Helligkeitsregeln verwechselt, was bedeutete, dass jede daraus berechnete Entfernung, einschließlich Hubbles, um etwa das Zweifache zu klein ausgefallen war. Andromeda hatte sich nicht bewegt – der Maßstab, mit dem sie gemessen wurde, wurde neu kalibriert.
Spätere Verfahren näherten sich dem heutigen Wert aus völlig unterschiedlichen Richtungen. Eine Cepheiden-Methode aus dem Jahr 2004 schätzte die Entfernung auf 2,51 ± 0,13 Millionen Lichtjahre (770 ± 40 kpc). Dann wurde 2005 ein Bedeckungsveränderlicher (ein Doppelstern) in der Andromedagalaxie entdeckt. Die Sterne liegen in einer Entfernung von 2,52 ± 0,14 Millionen Lichtjahren (159,4 ± 8,9 Milliarden AE), und die gesamte Andromedagalaxie liegt bei etwa 2,5 Millionen Lichtjahren (160 Milliarden AE). Zwei unabhängige Methoden, pulsierende Sterne und Bedeckungsveränderliche, kamen auf nahezu denselben Wert – eine enge Übereinstimmung über eine Distanz von 2,5 Millionen Lichtjahren hinweg.
Ein Balken, der sich vor aller Augen versteckte
Jahrzehntelang beschrieben Astronomen Andromeda als einfache Spiralgalaxie, ganz ähnlich den Lehrbuchdarstellungen der Milchstraße. Infrarotdaten der 2MASS-Durchmusterung und des Spitzer-Weltraumteleskops zeigten, dass Andromeda tatsächlich eine Balkenspiralgalaxie ist, wie die Milchstraße, wobei die Hauptachse von Andromedas Balken um 55 Grad gegen den Uhrzeigersinn zur Hauptachse der Scheibe orientiert ist. Sichtbares Licht hatte den Balken hinter Staub und dem Glanz der Scheibe verborgen; erst Infrarotinstrumente, die diesen verhüllenden Staub durchdringen können, enthüllten die darunterliegende Struktur.
Ein geteilter Kern mit einem Schwarzen Loch im Inneren
Zoomt man in das Zentrum von Andromeda hinein, wird die Struktur noch merkwürdiger. Der Kern besteht aus zwei Konzentrationen, die 1,5 pc (4,9 Lichtjahre) voneinander getrennt sind. Die schwächere Konzentration, P2, liegt am wahren Zentrum der Galaxie und enthält einen eingebetteten Sternhaufen namens P3, der viele UV-helle A-Sterne sowie das supermassereiche Schwarze Loch namens M31* enthält. Statt eines einzigen hellen Kerns wirkt Andromedas Zentrum wie zwei, und die schwächere der beiden Konzentrationen ist tatsächlich diejenige, die die gravitative Mitte der Galaxie markiert und ihr zentrales Schwarzes Loch beherbergt.
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Millionen Sterne, gebündelt in einem Haufen
Auch die Außenbezirke von Andromeda bieten eigene Superlative. Es gibt etwa 460 Kugelsternhaufen, die mit der Andromedagalaxie assoziiert sind. Der massereichste dieser Haufen, bezeichnet als Mayall II und mit dem Spitznamen „Globular One", besitzt eine größere Leuchtkraft als jeder andere bekannte Kugelsternhaufen in der Lokalen Gruppe von Galaxien. Er enthält mehrere Millionen Sterne und ist etwa doppelt so leuchtkräftig wie Omega Centauri, der hellste bekannte Kugelsternhaufen der Milchstraße. Ein Haufen, leuchtkräftiger als alles, was die Milchstraße selbst zu bieten hat, ruht still in Andromedas Halo und wird neben den bekannteren Merkmalen der Galaxie leicht übersehen.
Kleine Begleiter mit sehr unterschiedlichen Schicksalen
Wie die Milchstraße besitzt auch die Andromedagalaxie kleinere Begleitgalaxien, bestehend aus über 20 bekannten Zwerggalaxien. Die bekanntesten und am leichtesten zu beobachtenden Begleitgalaxien sind M32 und M110. Beide sind mit einem Fernglas neben Andromeda selbst sichtbar, doch sie erzählen sehr unterschiedliche Geschichten darüber, was mit einer kleinen Galaxie geschieht, die einer großen zu nahe kommt.
M32 könnte einst eine größere Galaxie gewesen sein, deren Sternscheibe von M31 entfernt wurde und die eine starke Zunahme der Sternentstehung in der Kernregion durchlief, welche bis in die relativ jüngste Vergangenheit anhielt. Ihrem Nachbarn erging es anders: Anders als bei M32 gibt es bei Messier 110 keine Hinweise auf ein supermassereiches Schwarzes Loch in seinem Zentrum. Ein Satellit wurde zu einem kompakten, von Sternentstehung gezeichneten Überrest reduziert; der andere zeigt keine Spur jenes zentralen Schwarzen Lochs, das sowohl Andromeda als auch M32 besitzen.
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Die Gruppe, die Hubble benannte
Andromeda und die Milchstraße stehen weder isoliert voneinander noch von einer weiteren Nachbarschaft. Der Begriff „Lokale Gruppe" wurde von Edwin Hubble in Kapitel VI seines 1936 erschienenen Buches The Realm of the Nebulae eingeführt. Darin beschrieb er sie als „eine typische kleine Gruppe von Nebeln, die im allgemeinen Feld isoliert liegt" und listete ihre Mitglieder in abnehmender Leuchtkraft auf: M31, Milchstraße, M33, Große Magellansche Wolke, Kleine Magellansche Wolke, M32, NGC 205, NGC 6822, NGC 185, IC 1613 und NGC 147. Derselbe Astronom, der bewies, dass Andromeda eine eigenständige Galaxie ist, gab auch dem kleinen Galaxienhaufen, zu dem sie gehört, einen Namen – wobei Andromeda selbst in seiner eigenen Leuchtkraft-Rangliste ganz oben steht.
Auf Kollisionskurs
Nachbarn in derselben kleinen Gruppe zu sein, hat eine Konsequenz: Die Schwerkraft zieht Andromeda und die Milchstraße zusammen. Die Andromeda-Milchstraße-Kollision ist eine galaktische Kollision, die in etwa 4,5 Milliarden Jahren zwischen den beiden größten Galaxien der Lokalen Gruppe stattfinden könnte. Die Andromedagalaxie nähert sich der Milchstraße mit etwa 110 Kilometern pro Sekunde (68,4 mi/s), wie eine Blauverschiebung anzeigt – eine Seltenheit unter fernen Galaxien, von denen die meisten rotverschoben sind, während sich das Universum von uns weg ausdehnt.
Diese Annäherung klingt alarmierend, doch die Kollision wird nicht wie ein Autounfall aussehen. Während die Andromedagalaxie etwa 1 Billion (10^12) Sterne enthält und die Milchstraße etwa 300 Milliarden (3×10^11), ist die Wahrscheinlichkeit, dass auch nur zwei Sterne zusammenstoßen, aufgrund der enormen Abstände zwischen den Sternen verschwindend gering. Billionen von Sternen werden das Territorium der jeweils anderen durchqueren, ohne dass sich fast irgendetwas tatsächlich berührt, denn selbst eine dicht besiedelte Galaxie besteht, Stern für Stern betrachtet, größtenteils aus leerem Raum.
Die eine dramatische Ausnahme betrifft die Schwarzen Löcher im Zentrum jeder Galaxie, einschließlich Andromedas eigenem M31*. Gas, das vom vereinten Schwarzen Loch aufgenommen wird, könnte einen leuchtenden Quasar oder einen aktiven galaktischen Kern entstehen lassen, der so viel Energie freisetzt wie 100 Millionen Supernova-Explosionen. Alles andere an der Verschmelzung wird ein ruhiges, millionenjähriges Aneinandervorbeidriften von Sternen sein; die Schwarzen Löcher sind der Ort, an dem das eigentliche Feuerwerk stattfindet.