Andrômeda tem um diâmetro isofotal D25 de cerca de 46,56 kiloparsecs (152.000 anos-luz) e está a aproximadamente 765 kpc (2,5 milhões de anos-luz) da Terra. Isso é próximo o suficiente, em termos cósmicos, para que um astrônomo persa a registrasse a olho nu séculos antes da existência dos telescópios — e distante o suficiente para que determinar sua distância exata levasse um século com os melhores instrumentos da astronomia.
Andrômeda é a principal galáxia mais próxima da Via Láctea, e não está parada. Ela está reduzindo a distância que nos separa, e muito depois que todos os que lerem isto já tiverem partido, as duas galáxias vão se fundir em uma só.
Uma nuvem registrada há mil anos
Por volta do ano 964 d.C., o astrônomo persa Abd al-Rahman al-Sufi descreveu a Galáxia de Andrômeda em seu Livro das Estrelas Fixas como uma "mancha nebulosa" ou "pequena nuvem". Foi a primeira referência histórica à Galáxia de Andrômeda e a mais antiga referência conhecida a uma galáxia diferente da Via Láctea — registrada por alguém que não tinha como saber que se tratava de uma galáxia, muito menos de uma situada a mais de dois milhões de anos-luz de distância.
Por quase mil anos depois de al-Sufi, ninguém conseguia dizer o que realmente era aquela mancha. Seria uma nuvem de gás próxima, dentro da Via Láctea, ou algo totalmente diferente, situado a uma distância impossível, muito além dela? Responder a essa pergunta se tornou um dos debates mais marcantes da astronomia do século 20.
Um debate que dividiu a astronomia americana
A ideia de que existiam galáxias além da Via Láctea era tão controversa no início do século 20 que deu origem ao "Grande Debate Shapley-Curtis", no qual os astrônomos Harlow Shapley e Heber Doust Curtis discutiram a natureza das "nebulosas" e o tamanho da Via Láctea na National Academy of Sciences em 26 de abril de 1920. Shapley acreditava que a Via Láctea era o universo inteiro; Curtis argumentava que manchas difusas como Andrômeda eram "universos-ilha" totalmente separados dela.
Curtis tinha evidências, embora imperfeitas. Em 1917, ele observou uma nova dentro de Andrômeda. Depois de vasculhar os registros fotográficos, foram descobertas mais 11 novas, e Curtis percebeu que essas novas eram, em média, 10 magnitudes mais fracas do que as observadas em outras partes do céu. Com isso, ele conseguiu chegar a uma estimativa de distância de 500.000 anos-luz (32 bilhões de UA) — uma distância enorme para a época, embora mais tarde tenha se revelado inferior a um quarto do valor real.
O telescópio que resolveu a questão
O debate Shapley-Curtis precisava de um telescópio maior para ser resolvido, e o conseguiu. As observações de Edwin Hubble, feitas em 1924 com o recém-concluído Telescópio Hooker de 100 polegadas, provaram de forma conclusiva que essas nebulosas estavam distantes demais para fazer parte da Via Láctea e eram, na verdade, galáxias inteiras fora da Via Láctea. Curtis estava certo sobre os "universos-ilha"; apenas lhe faltava o instrumento para prová-lo de forma definitiva.
O método de Hubble se baseava nas estrelas variáveis Cefeidas, cujo brilho pulsa em um ritmo diretamente ligado à sua luminosidade real, permitindo aos astrônomos calcular a que distância elas precisam estar para parecerem tão fracas quanto parecem. Foi um avanço revolucionário — mas não a palavra final sobre a distância de Andrômeda, porque o próprio método ainda escondia uma falha.
Por que a distância continuava dobrando
A distância estimada da Galáxia de Andrômeda em relação à nossa foi dobrada em 1953, quando se descobriu que existe um segundo tipo de variável Cefeida, mais fraco. Os astrônomos vinham confundindo dois tipos diferentes de Cefeidas com regras de brilho diferentes, o que significava que toda distância calculada a partir delas, incluindo as de Hubble, tinha sido subestimada em cerca de um fator de dois. Andrômeda não se moveu — a régua usada para medi-la é que foi recalibrada.
Técnicas posteriores convergiram para o valor moderno a partir de direções completamente diferentes. Um método de Cefeidas variáveis de 2004 estimou a distância em 2,51 ± 0,13 milhão de anos-luz (770 ± 40 kpc). Depois, em 2005, foi descoberta uma estrela binária eclipsante na Galáxia de Andrômeda. As estrelas estão a uma distância de 2,52 ± 0,14 milhão de anos-luz (159,4 ± 8,9 bilhões de UA), e toda a Galáxia de Andrômeda a cerca de 2,5 milhões de anos-luz (160 bilhões de UA). Dois métodos independentes, estrelas pulsantes e binárias eclipsantes, chegaram a um valor quase idêntico — uma concordância estreita ao longo de um intervalo de 2,5 milhões de anos-luz.
Uma barra escondida à vista de todos
Por décadas, os astrônomos descreveram Andrômeda como uma espiral simples, muito parecida com as ilustrações de livros didáticos da Via Láctea. Dados infravermelhos do levantamento 2MASS e do Telescópio Espacial Spitzer mostraram que Andrômeda é, na verdade, uma galáxia espiral barrada, como a Via Láctea, com o eixo maior da barra de Andrômeda orientado 55 graus no sentido anti-horário em relação ao eixo maior do disco. A luz visível havia escondido a barra atrás da poeira e do brilho do disco; somente instrumentos infravermelhos, que enxergam através dessa poeira obscurecedora, revelaram a estrutura por baixo.
Um núcleo dividido com um buraco negro dentro
Ao se aproximar do centro de Andrômeda, a estrutura fica ainda mais estranha. O núcleo é composto por duas concentrações separadas por 1,5 pc (4,9 anos-luz). A concentração mais fraca, P2, está localizada no verdadeiro centro da galáxia e contém um aglomerado estelar embutido, chamado P3, com muitas estrelas do tipo A brilhantes no ultravioleta e o buraco negro supermassivo, chamado M31*. Em vez de um único núcleo brilhante, o centro de Andrômeda parece ter dois, e o mais fraco dos dois é aquele que realmente marca o centro gravitacional da galáxia e abriga seu buraco negro central.
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Milhões de estrelas reunidas em um único aglomerado
Os arredores de Andrômeda têm seus próprios superlativos. Existem aproximadamente 460 aglomerados globulares associados à Galáxia de Andrômeda. O mais massivo desses aglomerados, identificado como Mayall II e apelidado de Globular One, tem uma luminosidade maior do que qualquer outro aglomerado globular conhecido no Grupo Local de galáxias. Ele contém vários milhões de estrelas e é cerca de duas vezes mais luminoso que Omega Centauri, o aglomerado globular mais luminoso conhecido da Via Láctea. Um aglomerado mais luminoso do que qualquer coisa que a própria Via Láctea possa oferecer, situado discretamente no halo de Andrômeda, é fácil de passar despercebido ao lado das características mais famosas da galáxia.
Pequenas companheiras com destinos muito diferentes
Assim como a Via Láctea, a Galáxia de Andrômeda tem galáxias satélites menores, com mais de 20 galáxias anãs conhecidas. As galáxias satélites mais conhecidas e mais facilmente observáveis são M32 e M110. Ambas são visíveis com binóculos ao lado da própria Andrômeda, mas contam histórias muito diferentes sobre o que acontece com uma pequena galáxia que se aproxima demais de uma grande.
M32 pode ter sido, um dia, uma galáxia maior, que teve seu disco estelar removido por M31 e passou por um forte aumento na formação estelar na região central, que durou até um passado relativamente recente. Sua vizinha teve um destino diferente: ao contrário de M32, Messier 110 não apresenta evidências de um buraco negro supermassivo em seu centro. Um satélite foi despojado até se tornar um remanescente compacto marcado pela formação estelar; o outro não mostra nenhum sinal do tipo de buraco negro central que tanto Andrômeda quanto M32 possuem.
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O grupo que Hubble nomeou
Andrômeda e a Via Láctea não estão isoladas uma da outra, nem de uma vizinhança mais ampla. O termo "Grupo Local" foi introduzido por Edwin Hubble no Capítulo VI de seu livro de 1936 The Realm of the Nebulae. Ali, ele o descreveu como "um pequeno grupo típico de nebulosas isolado no campo geral" e listou seus membros, em ordem decrescente de luminosidade, como M31, Via Láctea, M33, Grande Nuvem de Magalhães, Pequena Nuvem de Magalhães, M32, NGC 205, NGC 6822, NGC 185, IC 1613 e NGC 147. O mesmo astrônomo que provou que Andrômeda era uma galáxia separada também deu nome ao pequeno aglomerado de galáxias ao qual ela pertence, com a própria Andrômeda no topo de sua própria classificação de luminosidade.
Em rota de colisão
Ser vizinha no mesmo pequeno grupo tem uma consequência: a gravidade está puxando Andrômeda e a Via Láctea uma em direção à outra. A colisão Andrômeda–Via Láctea é uma colisão galáctica que pode ocorrer daqui a cerca de 4,5 bilhões de anos entre as duas maiores galáxias do Grupo Local. A Galáxia de Andrômeda está se aproximando da Via Láctea a cerca de 110 quilômetros por segundo (68,4 mi/s), como indicado pelo desvio para o azul (blueshift) — algo raro entre galáxias distantes, a maioria das quais apresenta desvio para o vermelho (redshift) à medida que o universo se expande, afastando-se de nós.
Essa aproximação soa alarmante, mas a colisão não vai parecer uma batida de carro. Embora a Galáxia de Andrômeda contenha cerca de 1 trilhão (10^12) de estrelas e a Via Láctea cerca de 300 bilhões (3×10^11), a chance de sequer duas estrelas colidirem é insignificante devido às enormes distâncias entre as estrelas. Trilhões de estrelas vão passar pelo território umas das outras com quase nada realmente se tocando, porque mesmo uma galáxia lotada é, estrela por estrela, majoritariamente espaço vazio.
A única exceção dramática envolve os buracos negros no núcleo de cada galáxia, incluindo o próprio M31* de Andrômeda. O gás capturado pelo buraco negro combinado poderia criar um quasar luminoso ou um núcleo galáctico ativo, liberando tanta energia quanto 100 milhões de explosões de supernova. Todo o resto da fusão será uma deriva tranquila de estrelas, ao longo de milhões de anos, deslizando umas ao lado das outras; os buracos negros são onde os verdadeiros fogos de artifício acontecem.