Andromeda ma izofotalną średnicę D25 wynoszącą około 46,56 kiloparseka (152 000 lat świetlnych) i leży w odległości około 765 kpc (2,5 miliona lat świetlnych) od Ziemi. To, w kosmicznej skali, wystarczająco blisko, by perski astronom mógł ją zaobserwować gołym okiem na wieki przed wynalezieniem teleskopu — i wystarczająco daleko, by ustalenie dokładnej odległości zajęło astronomii stulecie pracy jej najlepszych instrumentów.
Andromeda to najbliższa duża galaktyka wobec Drogi Mlecznej i wcale nie stoi w miejscu. Zmniejsza dzielący nas dystans, a długo po tym, jak wszyscy czytający ten tekst odejdą, obie galaktyki mają się połączyć w jedną.
Obłok odnotowany tysiąc lat temu
Około roku 964 n.e. perski astronom Abd ar-Rahman as-Sufi opisał Galaktykę Andromedy w swojej Księdze gwiazd stałych jako „mglistą smugę" lub „małą chmurę". Była to pierwsza historyczna wzmianka o Galaktyce Andromedy i najwcześniejsza znana wzmianka o galaktyce innej niż Droga Mleczna — zapisana przez kogoś, kto nie miał żadnej możliwości wiedzieć, że jest to w ogóle galaktyka, nie mówiąc już o tym, że oddalona o ponad dwa miliony lat świetlnych.
Przez blisko tysiąc lat po as-Sufim nikt nie potrafił powiedzieć, czym naprawdę jest ta smuga. Czy była to pobliska chmura gazu w obrębie Drogi Mlecznej, czy też coś zupełnie innego, leżącego niewyobrażalnie daleko poza nią? Odpowiedź na to pytanie stała się jednym z kluczowych sporów astronomii 20. wieku.
Debata, która podzieliła amerykańską astronomię
Idea, że galaktyki istnieją poza Drogą Mleczną, była na tyle kontrowersyjna na początku 20. wieku, że doprowadziła do „Wielkiej Debaty Shapleya-Curtisa", podczas której astronomowie Harlow Shapley i Heber Doust Curtis 26 kwietnia 1920 roku w Narodowej Akademii Nauk debatowali o naturze „mgławic" i rozmiarze Drogi Mlecznej. Shapley uważał, że Droga Mleczna to cały wszechświat; Curtis argumentował, że rozmyte plamy takie jak Andromeda to odrębne „wyspowe wszechświaty" leżące całkowicie poza nią.
Curtis dysponował dowodami, choć niedoskonałymi. W 1917 roku zaobserwował nową w Andromedzie. Po przeszukaniu zapisów fotograficznych odkryto 11 kolejnych nowych, a Curtis zauważył, że były one średnio o 10 wielkości gwiazdowych słabsze niż te występujące w innych częściach nieba. Dzięki temu udało mu się oszacować odległość na 500 000 lat świetlnych (32 miliardy j.a.) — ogromny dystans jak na owe czasy, choć miał się on później okazać mniejszy niż jedna czwarta rzeczywistej wartości.
Teleskop, który rozstrzygnął sprawę
Debata Shapleya-Curtisa wymagała do rozstrzygnięcia większego teleskopu — i taki się znalazł. Obserwacje Edwina Hubble'a, wykonane w 1924 roku za pomocą niedawno ukończonego 100-calowego teleskopu Hookera, dowiodły w sposób ostateczny, że te mgławice są zbyt odległe, by mogły należeć do Drogi Mlecznej, i że w rzeczywistości są to całe galaktyki leżące poza Drogą Mleczną. Curtis miał rację co do „wyspowych wszechświatów" — brakowało mu jedynie instrumentu, by udowodnić to definitywnie.
Metoda Hubble'a opierała się na cefeidach, gwiazdach zmiennych, których jasność pulsuje w rytmie bezpośrednio związanym z ich rzeczywistą jasnością absolutną, co pozwalało astronomom obliczyć, jak daleko muszą się znajdować, by wyglądać tak słabo, jak wyglądają. Było to przełomowe odkrycie — ale nie ostatnie słowo w sprawie odległości do Andromedy, ponieważ sama metoda miała jeszcze ukrytą wadę.
Dlaczego odległość wciąż się podwajała
Szacowana odległość Galaktyki Andromedy od naszej własnej galaktyki została podwojona w 1953 roku, gdy odkryto, że istnieje drugi, słabszy typ cefeidy zmiennej. Astronomowie mylili dwa różne rodzaje cefeid, rządzące się odmiennymi zasadami jasności, co oznaczało, że każda obliczona na ich podstawie odległość, w tym ta Hubble'a, była zaniżona mniej więcej dwukrotnie. Andromeda się nie przesunęła — to miara, którą ją mierzono, została na nowo skalibrowana.
Późniejsze metody zbiegały się ku dzisiejszej wartości z zupełnie różnych kierunków. Metoda cefeid zmiennych z 2004 roku oszacowała odległość na 2,51 ± 0,13 miliona lat świetlnych (770 ± 40 kpc). Następnie, w 2005 roku, w Galaktyce Andromedy odkryto gwiazdę podwójną zaćmieniową. Gwiazdy te leżą w odległości 2,52 ± 0,14 miliona lat świetlnych (159,4 ± 8,9 miliarda j.a.), a cała Galaktyka Andromedy znajduje się w odległości około 2,5 miliona lat świetlnych (160 miliardów j.a.). Dwie niezależne metody, pulsujące gwiazdy i podwójne zaćmieniowe, dały niemal identyczny wynik — bardzo bliską zgodność mimo dystansu 2,5 miliona lat świetlnych.
Poprzeczka ukryta na widoku
Przez dziesięciolecia astronomowie opisywali Andromedę jako zwykłą spiralę, podobną do podręcznikowych ilustracji Drogi Mlecznej. Dane w podczerwieni z przeglądu 2MASS oraz Kosmicznego Teleskopu Spitzera pokazały, że Andromeda jest w rzeczywistości spiralną galaktyką z poprzeczką, podobnie jak Droga Mleczna, przy czym główna oś poprzeczki Andromedy jest zorientowana pod kątem 55 stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara względem głównej osi dysku. Światło widzialne skrywało poprzeczkę za pyłem i blaskiem dysku; dopiero instrumenty pracujące w podczerwieni, które przenikają przez ten przesłaniający pył, ujawniły strukturę leżącą pod spodem.
Podzielone jądro z czarną dziurą w środku
Gdy przybliżyć się do centrum Andromedy, struktura staje się jeszcze dziwniejsza. Jądro składa się z dwóch skupisk oddalonych od siebie o 1,5 pc (4,9 lat świetlnych). Słabsze skupisko, P2, znajduje się w rzeczywistym centrum galaktyki i zawiera osadzoną w nim gromadę gwiazd zwaną P3, w której znajduje się wiele jasnych w ultrafiolecie gwiazd typu A oraz supermasywna czarna dziura zwana M31*. Zamiast jednego jasnego jądra centrum Andromedy wygląda jak dwa, a to słabsze z tej pary jest tym, które faktycznie wyznacza grawitacyjny środek galaktyki i mieści jej centralną czarną dziurę.
.jpg){kind=link}
Miliony gwiazd stłoczone w jednej gromadzie
Peryferie Andromedy mają własne rekordy. Z Galaktyką Andromedy powiązanych jest około 460 gromad kulistych. Najbardziej masywna z tych gromad, oznaczona jako Mayall II i nosząca przydomek Globular One, ma większą jasność niż jakakolwiek inna znana gromada kulista w Grupie Lokalnej galaktyk. Zawiera kilka milionów gwiazd i jest około dwukrotnie jaśniejsza niż Omega Centauri, najjaśniejsza znana gromada kulista Drogi Mlecznej. Gromada jaśniejsza niż cokolwiek, co może zaoferować sama Droga Mleczna, spoczywająca spokojnie w halo Andromedy, łatwo umyka uwadze obok bardziej znanych cech tej galaktyki.
Małe towarzyszki o bardzo różnych losach
Podobnie jak Droga Mleczna, Galaktyka Andromedy ma mniejsze galaktyki satelitarne — ponad 20 znanych galaktyk karłowatych. Najlepiej znane i najłatwiej dostępne do obserwacji galaktyki satelitarne to M32 i M110. Obie widoczne są przez lornetkę obok samej Andromedy, ale opowiadają bardzo różne historie o tym, co dzieje się z małą galaktyką, która zbliży się zbytnio do dużej.
M32 mogła być niegdyś większą galaktyką, której dysk gwiazdowy został usunięty przez M31, i przeszła gwałtowny wzrost tempa formowania gwiazd w rejonie jądra, trwający aż do stosunkowo niedawnej przeszłości. Jej sąsiadka miała inny los: w przeciwieństwie do M32, Messier 110 nie wykazuje dowodów na obecność supermasywnej czarnej dziury w swoim centrum. Jedna z satelitek została odarta do postaci zwartego, naznaczonego formowaniem gwiazd szczątka; druga nie wykazuje żadnych oznak takiej centralnej czarnej dziury, jaką posiadają zarówno Andromeda, jak i M32.
.jpg){kind=link}
Grupa, którą nazwał Hubble
Andromeda i Droga Mleczna nie są odizolowane ani od siebie nawzajem, ani od szerszego sąsiedztwa. Termin „Grupa Lokalna" wprowadził Edwin Hubble w rozdziale VI swojej książki z 1936 roku The Realm of the Nebulae. Opisał w niej tę grupę jako „typową małą grupę mgławic izolowaną w ogólnym polu" i wymienił jej członków w kolejności malejącej jasności: M31, Droga Mleczna, M33, Wielki Obłok Magellana, Mały Obłok Magellana, M32, NGC 205, NGC 6822, NGC 185, IC 1613 i NGC 147. Ten sam astronom, który udowodnił, że Andromeda jest odrębną galaktyką, nadał również nazwę niewielkiej gromadzie galaktyk, do której ona należy — a sama Andromeda zajmuje pierwsze miejsce w jego własnym rankingu jasności.
Na kursie kolizyjnym
Bycie sąsiadami w tej samej niewielkiej grupie ma swoje konsekwencje: grawitacja ściąga ku sobie Andromedę i Drogę Mleczną. Zderzenie Andromedy z Drogą Mleczną to kolizja galaktyczna, do której może dojść za około 4,5 miliarda lat między dwiema największymi galaktykami Grupy Lokalnej. Galaktyka Andromedy zbliża się do Drogi Mlecznej z prędkością około 110 kilometrów na sekundę (68,4 mi/s), na co wskazuje przesunięcie ku fioletowi — zjawisko rzadkie wśród odległych galaktyk, z których większość wykazuje przesunięcie ku czerwieni w miarę jak wszechświat rozszerza się, oddalając je od nas.
To zbliżenie brzmi niepokojąco, ale kolizja nie będzie przypominać zderzenia samochodów. Choć Galaktyka Andromedy zawiera około 1 biliona (10^12) gwiazd, a Droga Mleczna około 300 miliardów (3×10^11), to prawdopodobieństwo zderzenia się nawet dwóch gwiazd jest znikome ze względu na ogromne odległości między gwiazdami. Biliony gwiazd przenikną przez wzajemne terytoria, praktycznie się nie stykając, ponieważ nawet zatłoczona galaktyka to, gwiazda po gwieździe, w większości pusta przestrzeń.
Jedyny dramatyczny wyjątek dotyczy czarnych dziur w jądrze każdej z galaktyk, w tym własnej czarnej dziury Andromedy, M31*. Gaz pochłonięty przez połączoną czarną dziurę mógłby doprowadzić do powstania jasnego kwazara lub aktywnego jądra galaktycznego, uwalniając energię równą 100 milionom wybuchów supernowych. Cała reszta połączenia będzie spokojnym, trwającym miliony lat dryfowaniem gwiazd przesuwających się obok siebie; to właśnie czarne dziury są miejscem, gdzie dzieją się prawdziwe fajerwerki.