Andromeda heeft een D25-isofotendiameter van ongeveer 46,56 kiloparsec (152.000 lichtjaar) en bevindt zich op ongeveer 765 kpc (2,5 miljoen lichtjaar) van de aarde. Dat is, kosmisch gezien, dichtbij genoeg dat een Perzische astronoom het eeuwen vóór de uitvinding van de telescoop met het blote oog vastlegde — en ver genoeg dat het bepalen van de exacte afstand een eeuw lang de beste instrumenten van de sterrenkunde vergde.
Andromeda is het dichtstbijzijnde grote sterrenstelsel bij de Melkweg, en het staat niet stil. Het dicht de kloof tussen ons, en lang nadat iedereen die dit nu leest er niet meer is, zullen de twee sterrenstelsels samensmelten tot één.
Een wolk die duizend jaar geleden werd vastgelegd
Rond het jaar 964 na Chr. beschreef de Perzische astronoom Abd al-Rahman al-Sufi de Andromedanevel in zijn Boek der vaste sterren als een "wolkachtige veeg" of "kleine wolk." Het was de eerste historische vermelding van de Andromedanevel en de vroegst bekende verwijzing naar een ander sterrenstelsel dan de Melkweg — vastgelegd door iemand die geen enkele manier had om te weten dat het om een sterrenstelsel ging, laat staan een dat meer dan twee miljoen lichtjaar ver weg lag.
Bijna duizend jaar lang na al-Sufi kon niemand zeggen wat die vlek nu eigenlijk was. Was het een nabije gaswolk binnen de Melkweg, of iets geheel anders, onmogelijk ver daarbuiten? Het beantwoorden van die vraag zou uitgroeien tot een van de bepalende discussies van de 20e-eeuwse sterrenkunde.
Een debat dat de Amerikaanse sterrenkunde verdeelde
Het idee dat er sterrenstelsels bestonden buiten de Melkweg was begin 20e eeuw zo omstreden dat het leidde tot het "Shapley-Curtis Grote Debat," waarin de astronomen Harlow Shapley en Heber Doust Curtis op 26 april 1920 bij de National Academy of Sciences discussieerden over de aard van "nevels" en de omvang van de Melkweg. Shapley dacht dat de Melkweg het gehele universum was; Curtis betoogde dat wazige vlekken zoals Andromeda afzonderlijke "eilanduniversums" waren, volledig daarbuiten gelegen.
Curtis had bewijs, zij het onvolmaakt bewijs. In 1917 observeerde hij een nova binnen Andromeda. Na onderzoek van het fotografische archief werden nog 11 nova's ontdekt, en Curtis merkte op dat deze nova's gemiddeld 10 magnitudes zwakker waren dan die elders aan de hemel. Op basis daarvan kwam hij tot een afstandsschatting van 500.000 lj (32 miljard AE) — een enorme afstand voor die tijd, hoewel die uiteindelijk minder dan een kwart van het werkelijke getal bleek te zijn.
De telescoop die de knoop doorhakte
Het Shapley-Curtis-debat had een grotere telescoop nodig om te worden beslecht, en die kwam er. Edwin Hubbles waarnemingen, gedaan in 1924 met de pas voltooide Hooker-telescoop van 100 inch, bewezen afdoend dat deze nevels veel te ver weg waren om deel uit te maken van de Melkweg en in werkelijkheid complete sterrenstelsels buiten de Melkweg waren. Curtis had gelijk gehad over de "eilanduniversums"; hem had simpelweg het instrument ontbroken om het overtuigend te bewijzen.
Hubbles methode steunde op cepheïden, veranderlijke sterren waarvan de helderheid pulseert in een ritme dat rechtstreeks samenhangt met hun werkelijke lichtkracht, waardoor astronomen konden berekenen hoe ver ze weg moesten staan om zo zwak te lijken als ze doen. Het was een doorbraak — maar niet het laatste woord over de afstand tot Andromeda, want de methode zelf bevatte nog een verborgen gebrek.
Waarom de afstand steeds verdubbelde
De geschatte afstand van de Andromedanevel tot de onze werd in 1953 verdubbeld, toen bleek dat er een tweede, zwakker type cepheïde bestond. Astronomen hadden twee verschillende soorten cepheïden met verschillende helderheidsregels door elkaar gehaald, wat betekende dat elke afstand die daaruit werd berekend, inclusief die van Hubble, ongeveer een factor twee te klein was geweest. Andromeda was niet verplaatst — de meetlat waarmee het werd gemeten, werd opnieuw geijkt.
Latere technieken kwamen vanuit geheel verschillende richtingen uit op het moderne getal. Een cepheïdenmethode uit 2004 schatte de afstand op 2,51 ± 0,13 miljoen lichtjaar (770 ± 40 kpc). Vervolgens werd in 2005 een verduisterende dubbelster ontdekt in de Andromedanevel. Deze sterren bevinden zich op een afstand van 2,52 ± 0,14 miljoen lj (159,4 ± 8,9 miljard AE) en de gehele Andromedanevel op ongeveer 2,5 miljoen lj (160 miljard AE). Twee onafhankelijke methoden, pulserende sterren en verduisterende dubbelsterren, kwamen op bijna hetzelfde getal uit — een nauwe overeenstemming over een kloof van 2,5 miljoen lichtjaar.
Een balk die zich verborgen hield
Decennialang omschreven astronomen Andromeda als een eenvoudige spiraal, vergelijkbaar met leerboekillustraties van de Melkweg. Infraroodgegevens van de 2MASS-survey en de Spitzer-ruimtetelescoop toonden aan dat Andromeda in werkelijkheid een balkspiraalstelsel is, net als de Melkweg, waarbij de lange as van Andromeda's balk 55 graden tegen de klok in staat ten opzichte van de lange as van de schijf. Zichtbaar licht had de balk achter stof en de gloed van de schijf verborgen gehouden; alleen infraroodinstrumenten, die door dat verduisterende stof heen kunnen kijken, onthulden de onderliggende structuur.
Een gespleten kern met een zwart gat erin
Zoom in op het centrum van Andromeda en de structuur wordt nog vreemder. De kern bestaat uit twee concentraties die 1,5 pc (4,9 lj) van elkaar liggen. De zwakkere concentratie, P2, ligt op het werkelijke centrum van het sterrenstelsel en bevat een ingebedde sterrenhoop, P3 genaamd, met veel in ultraviolet heldere A-sterren en het superzware zwarte gat, M31* genaamd. In plaats van één heldere kern lijkt het centrum van Andromeda op twee, en de zwakkere van het paar is degene die daadwerkelijk het zwaartekrachtsmiddelpunt van het sterrenstelsel markeert en het centrale zwarte gat herbergt.
.jpg){kind=link}
Miljoenen sterren, samengepakt in één sterrenhoop
Andromeda's buitengebieden hebben hun eigen superlatieven. Er zijn ongeveer 460 bolvormige sterrenhopen geassocieerd met de Andromedanevel. De meest massieve van deze sterrenhopen, aangeduid als Mayall II en bijgenaamd Globular One, heeft een grotere lichtkracht dan enige andere bekende bolvormige sterrenhoop in de Lokale Groep van sterrenstelsels. Hij bevat enkele miljoenen sterren en is ongeveer twee keer zo lichtsterk als Omega Centauri, de helderste bekende bolvormige sterrenhoop in de Melkweg. Een sterrenhoop die lichtsterker is dan alles wat de Melkweg zelf te bieden heeft, verscholen in Andromeda's halo, valt gemakkelijk weg naast de bekendere kenmerken van het sterrenstelsel.
Kleine begeleiders met heel verschillende lotsbestemmingen
Net als de Melkweg heeft de Andromedanevel kleinere satellietstelsels, met meer dan 20 bekende dwergstelsels. De bekendste en gemakkelijkst waarneembare satellietstelsels zijn M32 en M110. Beide zijn met een verrekijker naast Andromeda zelf te zien, maar ze vertellen heel verschillende verhalen over wat er gebeurt met een klein sterrenstelsel dat te dicht bij een groot stelsel komt.
M32 zou ooit een groter sterrenstelsel zijn geweest waarvan de sterrenschijf door M31 werd verwijderd en dat een scherpe toename van stervorming in het kerngebied doormaakte, die tot in het relatief recente verleden aanhield. Zijn buur verging het anders: anders dan M32 vertoont Messier 110 geen bewijs voor een superzwaar zwart gat in zijn centrum. Het ene satellietstelsel werd afgestroopt tot een compact, door stervorming getekend overblijfsel; het andere vertoont geen spoor van het soort centraal zwart gat dat zowel Andromeda als M32 bezitten.
.jpg){kind=link}
De groep die Hubble een naam gaf
Andromeda en de Melkweg staan niet los van elkaar, noch van een bredere omgeving. De term "de Lokale Groep" werd geïntroduceerd door Edwin Hubble in hoofdstuk VI van zijn boek uit 1936, The Realm of the Nebulae. Daarin omschreef hij haar als "een typische kleine groep nevels die geïsoleerd staat in het algemene veld" en noemde hij haar leden op, in afnemende lichtkracht: M31, de Melkweg, M33, de Grote Magelhaense Wolk, de Kleine Magelhaense Wolk, M32, NGC 205, NGC 6822, NGC 185, IC 1613 en NGC 147. Dezelfde astronoom die bewees dat Andromeda een apart sterrenstelsel was, gaf ook een naam aan het kleine cluster sterrenstelsels waartoe het behoort, met Andromeda zelf bovenaan in zijn eigen lichtkrachtrangschikking.
Op botsingskoers
Buren zijn binnen dezelfde kleine groep heeft een gevolg: de zwaartekracht trekt Andromeda en de Melkweg naar elkaar toe. De botsing tussen Andromeda en de Melkweg is een galactische botsing die over ongeveer 4,5 miljard jaar kan plaatsvinden tussen de twee grootste sterrenstelsels van de Lokale Groep. De Andromedanevel nadert de Melkweg met ongeveer 110 kilometer per seconde (68,4 mijl/s), zoals blijkt uit blauwverschuiving — iets zeldzaams onder verre sterrenstelsels, waarvan de meeste roodverschoven zijn doordat het heelal zich van ons af uitbreidt.
Die nadering klinkt alarmerend, maar de botsing zal er niet uitzien als een auto-ongeluk. Terwijl de Andromedanevel ongeveer 1 biljoen (10^12) sterren telt en de Melkweg ongeveer 300 miljard (3×10^11), is de kans dat zelfs maar twee sterren botsen verwaarloosbaar vanwege de enorme afstanden tussen de sterren. Biljoenen sterren zullen door elkaars gebied trekken zonder dat er vrijwel iets echt raakt, want zelfs een dichtbevolkt sterrenstelsel is, ster voor ster, grotendeels lege ruimte.
De ene dramatische uitzondering betreft de zwarte gaten in de kern van elk sterrenstelsel, inclusief Andromeda's eigen M31*. Gas dat door het samengevoegde zwarte gat wordt opgenomen, zou een lichtsterk quasar of een actieve galactische kern kunnen creëren, die net zoveel energie vrijgeeft als 100 miljoen supernova-explosies. Al het overige van de samensmelting zal een rustige, miljoenen jaren durende drift van langs elkaar glijdende sterren zijn; de zwarte gaten zijn waar het echte vuurwerk plaatsvindt.