Галактика Андромеда: сусідка, яка зіткнеться з нами

Андромеда має ізофотний діаметр D25 близько 46,56 кілопарсек (152 000 світлових років) і розташована приблизно за 765 кпк (2,5 мільйона світлових років) від Землі. У космічних масштабах це достатньо близько, щоб перський астроном зміг зафіксувати її неозброєним оком за століття до появи телескопів — і достатньо далеко, щоб точне визначення відстані зайняло століття роботи найкращих астрономічних інструментів.

Андромеда — найближча велика галактика до Чумацького Шляху, і вона аж ніяк не стоїть на місці. Відстань між нами скорочується, і задовго після того, як усі, хто читає ці рядки, підуть з життя, дві галактики зіллються в одну.

Приблизно у 964 році н. е. перський астроном Абд ар-Рахман ас-Суфі описав галактику Андромеда у своїй "Книзі нерухомих зірок" як "туманну пляму" або "маленьку хмарку". Це була перша історична згадка про галактику Андромеда і найдавніша відома згадка про галактику, відмінну від Чумацького Шляху — записана людиною, яка не мала жодної можливості дізнатися, що це взагалі галактика, не кажучи вже про те, що вона знаходиться за понад два мільйони світлових років.

Майже тисячу років після ас-Суфі ніхто не міг сказати, чим насправді була ця пляма. Чи була це поблизька хмара газу всередині Чумацького Шляху, чи щось зовсім інше, розташоване неймовірно далеко за його межами? Відповідь на це питання стала одним з визначальних наукових суперечок астрономії 20-го століття.

Ідея про існування галактик за межами Чумацького Шляху була настільки суперечливою на початку 20-го століття, що призвела до "Великої дискусії Шеплі–Кертіса", у якій астрономи Гарлоу Шеплі та Хебер Дуст Кертіс обговорювали природу "туманностей" і розміри Чумацького Шляху в Національній академії наук 26 квітня 1920 року. Шеплі вважав, що Чумацький Шлях становить весь Всесвіт; Кертіс стверджував, що розмиті плями, подібні до Андромеди, є окремими "острівними всесвітами", повністю відокремленими від нього.

Кертіс мав докази, хоч і недосконалі. У 1917 році він спостерігав нову в Андромеді. Після перегляду фотографічних архівів було виявлено ще 11 нових, і Кертіс помітив, що ці нові в середньому були на 10 зоряних величин слабшими за ті, що спостерігалися в інших частинах неба. Завдяки цьому він зміг оцінити відстань у 500 000 світлових років (32 мільярди а.о.) — величезну відстань для того часу, хоча згодом виявилося, що вона становить менше чверті реального значення.

Дискусія Шеплі–Кертіса потребувала більшого телескопа для свого вирішення, і вона його отримала. Спостереження Едвіна Габбла, зроблені у 1924 році за допомогою нещодавно завершеного 100-дюймового телескопа Хукера, остаточно довели, що ці туманності знаходяться занадто далеко, щоб бути частиною Чумацького Шляху, і насправді є цілими галактиками за його межами. Кертіс мав рацію щодо "острівних всесвітів"; йому просто бракувало інструменту, щоб довести це остаточно.

Метод Габбла спирався на цефеїди — змінні зорі, чия яскравість пульсує в ритмі, безпосередньо пов'язаному з їхньою справжньою світністю, що дозволяло астрономам обчислювати, наскільки далеко вони мають бути, щоб виглядати такими тьмяними, якими вони здаються. Це був прорив — але не остаточне слово щодо відстані до Андромеди, оскільки сам метод усе ще приховував у собі непомітну ваду.

Оцінена відстань до галактики Андромеда від нашої власної подвоїлася у 1953 році, коли з'ясувалося, що існує другий, тьмяніший тип цефеїд. Астрономи плутали два різні типи цефеїд із різними правилами яскравості, а це означало, що будь-яка відстань, обчислена на їхній основі, включно з обчисленнями Габбла, виявлялася заниженою приблизно вдвічі. Андромеда нікуди не рухалася — просто перекалібрували лінійку, якою її вимірювали.

Пізніші методи прийшли до сучасного значення зовсім різними шляхами. Метод, заснований на цефеїдах у 2004 році, оцінив відстань у 2,51 ± 0,13 мільйона світлових років (770 ± 40 кпк). Потім, у 2005 році, у галактиці Андромеда було виявлено затемнювану подвійну зорю. Ці зорі знаходяться на відстані 2,52 ± 0,14 мільйона світлових років (159,4 ± 8,9 мільярда а.о.), а вся галактика Андромеда — на відстані приблизно 2,5 мільйона світлових років (160 мільярдів а.о.). Два незалежні методи — пульсуючі зорі та затемнювані подвійні системи — дали майже однакове значення, що є разючим збігом на відстані у 2,5 мільйона світлових років.

Протягом десятиліть астрономи описували Андромеду як просту спіраль, дуже подібну до підручникових ілюстрацій Чумацького Шляху. Інфрачервоні дані огляду 2MASS та космічного телескопа "Спітцер" показали, що Андромеда насправді є спіральною галактикою з перемичкою, як і Чумацький Шлях, причому велика вісь перемички Андромеди орієнтована на 55 градусів проти годинникової стрілки відносно великої осі диска. Видиме світло приховувало перемичку за пилом і сяйвом диска; лише інфрачервоні інструменти, здатні бачити крізь цей затемнюючий пил, виявили структуру, що знаходиться під ним.

Наблизившись до центру Андромеди, структура стає ще дивнішою. Ядро складається з двох згущень, розділених 1,5 пк (4,9 світлового року). Тьмяніше згущення, P2, розташоване у справжньому центрі галактики і містить вбудоване зоряне скупчення під назвою P3, яке складається з багатьох яскравих в ультрафіолеті зір спектрального класу A, а також надмасивну чорну діру під назвою M31*. Замість одного яскравого ядра центр Андромеди виглядає роздвоєним, і саме тьмяніше з двох згущень фактично позначає гравітаційний центр галактики та вміщує її центральну чорну діру.

Околиці Андромеди мають власні рекорди. З галактикою Андромеда пов'язано приблизно 460 кульових скупчень. Найбільш масивне з цих скупчень, відоме як Mayall II, з прізвиськом Globular One, має вищу світність, ніж будь-яке інше відоме кульове скупчення в Місцевій групі галактик. Воно містить кілька мільйонів зір і приблизно вдвічі яскравіше за Омега Центавра, найяскравіше відоме кульове скупчення Чумацького Шляху. Скупчення, яскравіше за все, що може запропонувати сам Чумацький Шлях, тихо перебуває в гало Андромеди, і його легко пропустити повз увагу на тлі більш відомих особливостей галактики.

Як і Чумацький Шлях, галактика Андромеда має менші супутникові галактики — відомо понад 20 карликових галактик. Найвідоміші та найлегше спостережувані супутникові галактики — це M32 та M110. Обидві видно в бінокль поруч із самою Андромедою, але вони розповідають дуже різні історії про те, що трапляється з маленькою галактикою, яка занадто наближається до великої.

M32, можливо, колись була більшою галактикою, чий зоряний диск був знятий M31, і пережила різке зростання зореутворення в центральній області, яке тривало аж до відносно недавнього минулого. Її сусідку спіткала інша доля: на відміну від M32, у Messier 110 немає доказів наявності надмасивної чорної діри в центрі. Один супутник був обдертий до компактного залишку, позначеного слідами зореутворення; інший не показує жодних ознак того типу центральної чорної діри, яку мають і Андромеда, і M32.

Андромеда і Чумацький Шлях не ізольовані ні одна від одної, ні від ширшого оточення. Термін "Місцева група" запровадив Едвін Габбл у розділі VI своєї книги 1936 року The Realm of the Nebulae. Там він описав її як "типову невелику групу туманностей, ізольовану в загальному полі" і перелічив її члени у порядку спадання світності: M31, Чумацький Шлях, M33, Велика Магелланова Хмара, Мала Магелланова Хмара, M32, NGC 205, NGC 6822, NGC 185, IC 1613 та NGC 147. Той самий астроном, який довів, що Андромеда — окрема галактика, дав назву і невеликому скупченню галактик, до якого вона належить, причому сама Андромеда очолила його власний рейтинг світності.

Бути сусідами в одній невеликій групі має наслідок: гравітація притягує Андромеду та Чумацький Шлях одна до одної. Зіткнення Андромеди й Чумацького Шляху — це галактичне зіткнення, яке може статися приблизно через 4,5 мільярда років між двома найбільшими галактиками Місцевої групи. Галактика Андромеда наближається до Чумацького Шляху зі швидкістю близько 110 кілометрів за секунду (68,4 милі/с), про що свідчить синій зсув — рідкісне явище серед далеких галактик, більшість з яких мають червоний зсув через розширення Всесвіту, що віддаляє їх від нас.

Це наближення звучить тривожно, але зіткнення не виглядатиме як автомобільна аварія. Хоча галактика Андромеда містить приблизно 1 трильйон (10^12) зір, а Чумацький Шлях — приблизно 300 мільярдів (3×10^11), ймовірність зіткнення навіть двох зір є мізерною через величезні відстані між зорями. Трильйони зір пройдуть крізь території одна одної, і майже ніщо при цьому реально не торкнеться, адже навіть переповнена галактика, зоря за зорею, здебільшого є порожнім простором.

Єдиний драматичний виняток стосується чорних дір у ядрі кожної галактики, включно з власною M31* Андромеди. Газ, поглинутий об'єднаною чорною дірою, міг би породити яскравий квазар або активне ядро галактики, вивільнивши стільки ж енергії, скільки 100 мільйонів вибухів наднових. Усе інше в цьому злитті буде тихим, мільйоннорічним дрейфом зір, які ковзають одна повз одну; саме чорні діри — те місце, де відбувається справжній фейєрверк.

• Wikipedia: Andromeda Galaxy
• Wikipedia: Andromeda–Milky Way collision
• Wikipedia: Local Group
• Wikipedia: Messier 110
• Wikipedia: Edwin Hubble
• Wikipedia: Satellite galaxy