Andromeda ha un diametro isofotale D25 di circa 46,56 kiloparsec (152.000 anni luce) e si trova a circa 765 kpc (2,5 milioni di anni luce) dalla Terra. Una distanza abbastanza contenuta, in termini cosmici, da permettere a un astronomo persiano di osservarla a occhio nudo secoli prima dell'invenzione del telescopio — e abbastanza grande da richiedere un secolo dei migliori strumenti dell'astronomia per determinarne la distanza esatta.
Andromeda è la principale galassia più vicina alla Via Lattea, e non è affatto ferma. Sta riducendo la distanza che ci separa e, molto tempo dopo che chiunque legga queste righe non ci sarà più, le due galassie sono destinate a fondersi in una sola.
Una nuvola registrata mille anni fa
Intorno all'anno 964 d.C., l'astronomo persiano Abd al-Rahman al-Sufi descrisse la Galassia di Andromeda nel suo Libro delle stelle fisse come una "macchia nebulosa" o "piccola nuvola". Fu il primo riferimento storico alla Galassia di Andromeda e il più antico riferimento noto a una galassia diversa dalla Via Lattea — registrato da qualcuno che non aveva modo di sapere che si trattasse di una galassia, tanto meno di una situata a oltre due milioni di anni luce di distanza.
Per quasi mille anni dopo al-Sufi, nessuno riuscì a dire cosa fosse realmente quella macchia. Era una nube di gas vicina, all'interno della Via Lattea, oppure qualcosa di completamente diverso, posto a una distanza impossibile ben oltre di essa? Rispondere a questa domanda divenne uno dei dibattiti più importanti dell'astronomia del 20° secolo.
Un dibattito che divise l'astronomia americana
L'idea che esistessero galassie al di là della Via Lattea era così controversa all'inizio del 20° secolo da dare origine al "Grande Dibattito Shapley-Curtis", in cui gli astronomi Harlow Shapley e Heber Doust Curtis discussero della natura delle "nebulose" e delle dimensioni della Via Lattea presso la National Academy of Sciences il 26 aprile 1920. Shapley riteneva che la Via Lattea fosse l'intero universo; Curtis sosteneva che le macchie sfocate come Andromeda fossero "universi isola" del tutto separati e esterni ad essa.
Curtis aveva delle prove, per quanto imperfette. Nel 1917 osservò una nova all'interno di Andromeda. Dopo aver esaminato le lastre fotografiche, ne furono scoperte altre 11, e Curtis notò che queste nove erano, in media, 10 magnitudini più deboli rispetto a quelle osservate altrove nel cielo. Grazie a questo, riuscì a formulare una stima della distanza di 500.000 anni luce (32 miliardi di UA) — una distanza enorme per l'epoca, anche se in seguito si sarebbe rivelata inferiore a un quarto del valore reale.
Il telescopio che risolse la questione
Il dibattito Shapley-Curtis aveva bisogno di un telescopio più grande per essere risolto, e lo ottenne. Le osservazioni di Edwin Hubble, effettuate nel 1924 con il telescopio Hooker da 100 pollici appena completato, dimostrarono in modo conclusivo che quelle nebulose erano troppo distanti per far parte della Via Lattea ed erano, in realtà, intere galassie al di fuori di essa. Curtis aveva avuto ragione riguardo agli "universi isola"; gli era semplicemente mancato lo strumento per dimostrarlo in modo definitivo.
Il metodo di Hubble si basava sulle stelle variabili Cefeidi, la cui luminosità pulsa con un ritmo direttamente legato alla loro luminosità reale, permettendo agli astronomi di calcolare quanto debbano essere lontane per apparire deboli come appaiono. Fu una svolta rivoluzionaria — ma non l'ultima parola sulla distanza di Andromeda, perché il metodo stesso nascondeva ancora un difetto.
Perché la distanza continuava a raddoppiare
La distanza stimata della Galassia di Andromeda dalla nostra fu raddoppiata nel 1953, quando si scoprì l'esistenza di un secondo tipo di variabile Cefeide, più debole. Gli astronomi avevano confuso due tipi diversi di Cefeidi con regole di luminosità differenti, il che significava che ogni distanza calcolata a partire da esse, comprese quelle di Hubble, era stata sottostimata di circa un fattore due. Andromeda non si era spostata: era il righello usato per misurarla a essere stato ricalibrato.
Tecniche successive convergarono sulla cifra moderna partendo da direzioni completamente diverse. Un metodo basato sulle Cefeidi variabili nel 2004 stimò la distanza in 2,51 ± 0,13 milioni di anni luce (770 ± 40 kpc). Poi, nel 2005, fu scoperta una stella binaria a eclisse nella Galassia di Andromeda. Le stelle si trovano a una distanza di 2,52 ± 0,14 milioni di anni luce (159,4 ± 8,9 miliardi di UA), e l'intera Galassia di Andromeda a circa 2,5 milioni di anni luce (160 miliardi di UA). Due metodi indipendenti, stelle pulsanti e binarie a eclisse, sono giunti a una cifra quasi identica — un accordo stretto attraverso un divario di 2,5 milioni di anni luce.
Una barra nascosta in bella vista
Per decenni, gli astronomi hanno descritto Andromeda come una semplice spirale, molto simile alle illustrazioni scolastiche della Via Lattea. I dati infrarossi della missione 2MASS e del telescopio spaziale Spitzer hanno mostrato che Andromeda è in realtà una galassia a spirale barrata, come la Via Lattea, con l'asse maggiore della barra di Andromeda orientato di 55 gradi in senso antiorario rispetto all'asse maggiore del disco. La luce visibile aveva nascosto la barra dietro la polvere e il bagliore del disco; solo gli strumenti a infrarossi, che vedono attraverso quella polvere oscurante, hanno rivelato la struttura sottostante.
Un nucleo diviso con un buco nero al suo interno
Avvicinandosi al centro di Andromeda, la struttura diventa ancora più singolare. Il nucleo è costituito da due concentrazioni separate da 1,5 pc (4,9 anni luce). La concentrazione più debole, P2, si trova nel vero centro della galassia e contiene un ammasso stellare incorporato, chiamato P3, formato da numerose stelle di tipo A brillanti nell'ultravioletto e dal buco nero supermassiccio, chiamato M31*. Invece di un unico nucleo luminoso, il centro di Andromeda appare come doppio, e il più debole dei due è quello che segna effettivamente il centro gravitazionale della galassia e ospita il suo buco nero centrale.
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Milioni di stelle racchiuse in un unico ammasso
Le regioni periferiche di Andromeda custodiscono i propri primati. Sono circa 460 gli ammassi globulari associati alla Galassia di Andromeda. Il più massiccio di questi ammassi, identificato come Mayall II e soprannominato Globular One, ha una luminosità maggiore di qualsiasi altro ammasso globulare conosciuto nel Gruppo Locale di galassie. Contiene diversi milioni di stelle ed è circa il doppio più luminoso di Omega Centauri, l'ammasso globulare più luminoso conosciuto della Via Lattea. Un ammasso più luminoso di qualsiasi cosa la Via Lattea stessa possa offrire, che si trova tranquillamente nell'alone di Andromeda, è facile da trascurare accanto alle caratteristiche più celebri della galassia.
Piccoli compagni con destini molto diversi
Come la Via Lattea, anche la Galassia di Andromeda possiede galassie satelliti più piccole, con oltre 20 galassie nane conosciute. Le galassie satelliti più conosciute e facilmente osservabili sono M32 e M110. Entrambe sono visibili con un binocolo accanto alla stessa Andromeda, ma raccontano storie molto diverse su ciò che accade a una piccola galassia che si avvicina troppo a una grande.
M32 potrebbe essere stata un tempo una galassia più grande, privata del suo disco stellare da M31, e avere subito un forte aumento della formazione stellare nella regione centrale, protrattosi fino a un passato relativamente recente. La sua vicina ha avuto un destino diverso: a differenza di M32, Messier 110 non mostra prove dell'esistenza di un buco nero supermassiccio al suo centro. Un satellite è stato spogliato fino a diventare un compatto residuo segnato dalla formazione stellare; l'altro non mostra alcun segno del tipo di buco nero centrale posseduto sia da Andromeda che da M32.
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Il gruppo che Hubble battezzò
Andromeda e la Via Lattea non sono isolate l'una dall'altra, né dal quartiere circostante più ampio. Il termine "Gruppo Locale" fu introdotto da Edwin Hubble nel capitolo VI del suo libro del 1936 The Realm of the Nebulae. Lì lo descrisse come "un tipico piccolo gruppo di nebulose isolato nel campo generale" ed elencò i suoi membri, in ordine decrescente di luminosità, come M31, Via Lattea, M33, Grande Nube di Magellano, Piccola Nube di Magellano, M32, NGC 205, NGC 6822, NGC 185, IC 1613 e NGC 147. Lo stesso astronomo che dimostrò che Andromeda era una galassia separata diede anche il nome al piccolo ammasso di galassie a cui essa appartiene, con Andromeda stessa in cima alla sua classifica di luminosità.
Su rotta di collisione
Essere vicini all'interno dello stesso piccolo gruppo comporta una conseguenza: la gravità sta attirando Andromeda e la Via Lattea l'una verso l'altra. La collisione Andromeda–Via Lattea è una collisione galattica che potrebbe verificarsi tra circa 4,5 miliardi di anni tra le due galassie più grandi del Gruppo Locale. La Galassia di Andromeda si sta avvicinando alla Via Lattea a circa 110 chilometri al secondo (68,4 mi/s), come indicato dal blueshift — un fenomeno raro tra le galassie distanti, la maggior parte delle quali mostra un redshift man mano che l'universo si espande allontanandosi da noi.
Quell'avvicinamento suona allarmante, ma la collisione non assomiglierà a uno scontro tra automobili. Sebbene la Galassia di Andromeda contenga circa 1 bilione (10^12) di stelle e la Via Lattea circa 300 miliardi (3×10^11), la probabilità che anche solo due stelle si scontrino è trascurabile a causa delle enormi distanze tra le stelle. Migliaia di miliardi di stelle attraverseranno il territorio reciproco senza che quasi nulla arrivi effettivamente a toccarsi, perché anche una galassia affollata è, stella per stella, per lo più spazio vuoto.
L'unica drammatica eccezione riguarda i buchi neri al centro di ciascuna galassia, incluso lo stesso M31* di Andromeda. Il gas assorbito dal buco nero combinato potrebbe dare origine a un quasar luminoso o a un nucleo galattico attivo, rilasciando energia pari a quella di 100 milioni di esplosioni di supernova. Tutto il resto della fusione sarà una tranquilla deriva di stelle, durata milioni di anni, che scivolano l'una accanto all'altra; i buchi neri sono il punto in cui avvengono i veri fuochi d'artificio.