Галактика, що змінила науку

Дивлячись на галактику Андромеди, астрономи минулого вважали її частиною Чумацького Шляху, так як була усталена думка, що Чумацький Шлях - це весь Всесвіт.

Але знаходилися диваки, яким ця ідея не дуже подобалася. І вони пропонували радикальне пояснення, що на зображені - інша галактика. Особливо гарячі дискусії з цього приводу точилися у 1920 році між Гарлоу Шеплі та Гербером Кертісом за долю "спіральних туманностей". Шеплі стверджував, що вони знаходяться в межах Чумацького Шляху і просто занадто малі, щоб бути чимось іншим.

Кертіс парирував це тим, що в туманності Андромеди спостерігається більше нових зірок ніж в інших ділянках Чумацького Шляху і це не може бути збігом. А ще Кертіс зауважив, що темні смуги Андромеди дуже нагадують хмари пилу у нашій галактиці. І врешті-решт молодий Едвін Габбл визначив їхню долю визначивши відстань до змінних зірок Цифеїд в межах диску Андромеди, понад 1 млн світлових років, і це звичайно зірвало овації. Так як це була найбільша відстань коли небудь виміряна, а ще це означало, що Андромеда була системою зірок цілком відокремленою від Чумацького Шляху. І з цього моменту галактика Андромеди офіційно стала галактикою.

Найближчий великий сусід Чумацького Шляху

M31(Андромеда) - велика спіральна галактика, яка дуже схожа на Чумацький Шлях, але дещо більша за розмірами. І це наша найближча сусідка в контексті нормальних галактик. Згідно сучасних оцінок відстані між Чумацьким Шляхом та Андромедою складає 2,5 млн світлових років, що насправді неподалік в масштабах де живуть галактики.

Андромеду можна спостерігати неозброєним оком, але шкода що наші очі це поганий "телескоп", тому можна тільки спостерігати найяскравішу її частину - ядро.

Ця світлина від одесита Сергія Волкова(нижче) охоплює понад 2 градуси неба, і це означає, що Андромеда у телескоп виглядає більшою за Місяць і це ще не вся галактика

Зрозуміло, що такі структури не мають чітко окреслених меж, однак на сьогодні діаметр диска Андромеди оцінюється приблизно - 220 000 світлових років, а кількість зірок може сягати 1 трільйона. Це означає, що за розмірами Андромеда більша за Чумацький Шлях на 50%, але звісно це дуже грубі оцінки. Оскільки, важко говорити про розміри нашої галактики знаходячись посеред одного з її рукавів, але навіть це не найскладніше. Найскладніше це оціни маси таких структур, як галактики.

Як "зважити" галактику?

Якщо застосувати закон тяжіння Ньютона із законами руху планет Кеплера можна визначити масу планет чи супутників просто знаючи їхню орбітальну швидкість та відстань до об'єкта навколо, якого вони обертаються.

Але коли астрономи вперше застосували цю техніку для галактик їхні результати були дуже дивними. Візуально галактики виглядають таким чином, що більша частина їх маси має зосереджуватися поблизу ядра. Тому логічно, що зорі поблизу ядра мають рухатися швидше за своїх "родичів" на периферії, по аналогії із планетами Сонячної системи.

Але Вера Рубін та Кен Форт довели, що це припущення непрацює для Андромеди. Фактично, зорі на краю галактики рухалися майже так само швидко, як зорі поблизу центру. І маса, що зосереджена навколо центру буде просто недостатньою, щоб пояснити такий рух. Насправді швидкості зірок були настільки високими, що імпульс мав б розірвати галактику на частини.

Дослідження Рубін охопило більше 10-ні інших галактик, і в жодному з досліджень тільки підтверджувало спостереження, які спостерігалися в Андромеді, і ще доводило відомої на той момент, так званої прихованої маси, яка виявляє себе виключно гравітаційно. Сьогодні відома, як темна матерія.

Щоб врахувати цю приховану масу потрібно були інші методи дослідження:

1. Були спроби виміряти масу на основі динаміки руху газу в диску галактики та на його околицях.
2. Вимірювалися швидкість руху кулястих зоряних скупчень, що оточують Андромеду та Чумацький шлях.
3. Найбільш перспективним задавлося дослідження галактик супутників, кількість яких постійно зростала. Оцінюючи їх швидкість руху, можна виміряти масу навколо якої вони обертаються.

Але проблема в тому чи не кожна спроба оцінити масу галактик різними методами відрізнялися на порядки. У 2018 році нарешті дійшли згоди, що за масою ці галактики досить схожі за масою, кожна з яких приблизно 800 мільярдів Сонць.

Структура Андромеди

Галактику Андромеди класифікують, як спіральну галактику із перемичкою, так само як і Чумацький Шлях. Спіральну структуру, можна розгледіти навіть не зважаючи на те, що ми бачимо диск галактики під кутом.

Окремо виділяються області пилу, які досить чіткі в одній області, та менш чіткі в іншій(позаду галактичного ядра). Така різниця пояснюється тим, що частина галактики знаходиться позаду великої центральної області, яку називають балджем. Мільйони тьмяних зірок дещо затуляють нам огляд і смуги пилу виглядають менш виразними.

Якщо спостерігати в ультрафіолеті та інфрачервоному діапазонах, то на таких зображеннях яскраво домінуватимуть спіральні рукави.

Це тому, що гарячі голубі зорі, які населяють рукави галактики випромінюють здебільшого високоенергетичні фотони в ультрафіолетовій частині спектру. А коли вони нагрівають навколишній цей газ теж випромінює, але вже у інфрачервоному спектрі.

Зореутворення в M31 та криза середнього віку галактик

Найбільш яскравими всі зоряні скупчення Андромеди виглядають на зображенні телескопа SWIFT. Молоді яскраві зорі, які окреслюють величезне кільце навколо центру галактики, яке астрономи називають "Вогняним кільцем". Саме тут зосереджене основне зореутворення Андромеди.

Причиною чому, саме у "Вогняному кільці" зосереджене основне зореутворення Андромеди пов'язане через гравітаційну взаємодію з меншими галактиками, які є її супутниками, так як гравітаційні взаємодії можуть стискати газ, що в підсумку призводить до спалаху зореутворення.

Найбільше зореутворення в галактиці та й всій місцевій групі - це NGC 206. І тут зосереджена маса у 200 000 Сонць. Ця структура класифікується як ОB-асоціація, де мешають 300 зірок спектрального класу О та B - це гарячі блакитні та біло-блакитні гіганти.

В контексті зореутворення Андромеда дещо поступається нашій галактиці. Чумацький Шлях народжує від 3-5 сонячних мас на рік, тоді як M31 - 1 зорю сонячної маси на рік.

Однак в 2019 році науковці визначили, що обидві галактики вже проходять пік свого зореутворення. Порівнюючи Андромеду та Чумацький Шлях із великою кількістю галактик слоанівського огляду неба вони виявили, що паливо для зореутворення в обох представників місцевої групи поступово закінчується. Приблизно через 5 мільярдів років вони практично перестануть народжувати нові зірки, і навіть під час майбутнього їхнього злиття, що призвиде до стискання газу очікується, що спалах зореутворення буде короткочасним. Науковці дуже креативно підійшли до назви цього дослідження - криза середнього віку Чумацького Шляху та M31.