McGoris #91 - Galaktyka Andromedy - nasza najbliższa sąsiadka Drogi Mlecznej

Galaktyka Andromedy (Messier 31) to najbliższa nam galaktyka. Co o niej wiemy? Jak daleko się znajduje i jakie tajemnice kryje? Czym jest nasze galaktyczne sąsiedztwo.

Kilka postów temu, przedstawiłem wam nasze domostwo - naszą Galaktykę - Drogę Mleczną. Teraz rzućmy okiem na nasze sąsiedztwo, a dokładnie na najbliższą nam galaktykę - Galaktykę Andromedy (M 31).

Galaktyka Andromedy ma wiele wspólnego z moim rozpoczęciem przygody z obserwacjami nocnego nieba:

Kilka lat temu, gdy chodziłem do technikum, nie byłem jeszcze tak zainteresowany astronomią jak dzisiaj. Pewnego jesiennego wieczoru, gdy przeglądałem jakieś strony internetowe natrafiłem na opis Galaktyki Andromedy (to hasło już zasłyszałem na lekcji fizyki w szkole). Było tam napisane, że galaktykę można dostrzec gołym okiem. Ja sobie myślę: inne galaktyki widoczne gołym okiem? Nie do wiary! Chciałem to sprawdzić.

Ściągnąłem program Stellarium i narysowałem na kartce, jak do niej dotrzeć po gwiazdach. Wychodzę na zewnątrz, niebo wypogodzone, więc powoli gwiazdką po gwiazdce (nie znałem jeszcze wtedy gwiazdozbiorów na pamięć oprócz Wielkiego Wozu i Oriona) docieram wzrokiem do celu. Gdy spojrzałem w to miejsce: JEST!!. Widoczna była jako słaba mgiełka. Po tym wydarzeniu złapałem bakcyla astronomicznego, kupiłem sobie teleskop i zacząłem obserwować gwiazdy. I tak się zaczęło...

Galaktyka Andromedy to niewątpliwie jeden z klejnotów nocnego, jesiennego nieba. Widoczna jest już gołym okiem pod średnio-dobrym niebem jako słaba plamka. W niewielkiej lornetce pod ciemnym niebem ujrzymy jej owalny kształt, a duże teleskopy ukażą nam jej drobne struktury jak dwa ciemne pasy pyłowe oraz okrążające ją małe galaktyki karłowate - M 32 oraz M 110, o których poniżej.

Mój szkic Galaktyki Andromedy widocznej w 8-calowym teleskopie.

M 31 jest także bardzo częstym celem dla astro-fotografów.

Ale na co się tak naprawdę patrzymy? Czym jest ta "mgiełka"?


1. Opis galaktyki

Galaktyka Andromedy, zwana również jako Messier 31 (M 31) bądź Wielka Mgławica w Andromedzie to najbliższa nam duża galaktyka. Znajduje się w odległości aż ok. 2 520 000 lat świetlnych od Ziemi. M31 jest galaktyką spiralną sklasyfikowaną jako typ SA(b) - galaktyka spiralna bez poprzeczki.

Badania z 2006 roku dzięki projektowi 2MASS, który zapewnia mapowanie całego nieboskłonu w paśmie podczerwonym wykazały, że Galaktyka Andromedy jest jednak galaktyką spiralną z poprzeczką, podobnie jak Droga Mleczna. W paśmie światła widzialnego poprzeczka jest niewidoczna, wygląda jako zwykła galaktyka spiralna.

Galaktyka Andromedy(M 31) - źródło: wikipedia.org, autor: Adam Evans.

Średnica galaktyki jest większa od Drogi Mlecznej - wynosi ok. 150 000 lat świetlnych. Niektóre źródła podają średnicę aż 220 000 lat świetlnych. Wzięło się to z tego, że w 2005 roku za pomocą dwóch teleskopów w obserwatorium W.M. Kecka (położone niedaleko szczytu Mauna Kea na Hawajach) odkryto słabe skupisko gwiazd, które rozciągało się na zewnątrz galaktyki i jest ono częścią głównego dysku galaktyki. Razem z tym słabym skupiskiem gwiazd galaktyka może osiągnąć średnicę aż 220 000 lat świetlnych.

Warto także wspomnieć, że tak naprawdę widzimy jej bardzo odległą przeszłość. Światło które do nas dotarło jest sprzed 2,5 mln lat - tyle potrzebowało czasu, by do nas dotrzeć.




2. Odkrycie Galaktyki Andromedy

Ciężko jest sprecyzować kto odkrył Galaktykę Andromedy. Pierwszą udokumentowana obserwacja pochodzi aż z 964 roku i przeprowadzona została przez perskiego astronoma Abd al-Rahman al-Sufi. Jednak nikt nie wiedział, że obiekt jest osobną galaktyką aż do XX wieku.

W swojej "Księdze Gwiazd", gdzie znajdowały się zapiski z obserwacji gwiazd, ich położenia wraz z ilustracjami gwiazdozbiorów - Galaktyka Andromedy została określona jako "mglista plamka".
Na ówczesnych mapach nieba w wielu przypadkach została oznaczona jako "mała chmurka".

W 1642 roku niemiecki astronom Simon Marius po raz pierwszy opisał obiekt na podstawie teleskopowych obserwacji. Jednak ówczesne teleskopy były za słabe by ujrzeć jakiekolwiek szczegóły.

W 1755 roku niemiecki filozof Immanuel Kant w swojej pracy naukowej "Teoria niebios" opisał Galaktykę jako osobny, odległy wszechświat.

W 1764 roku Charles Messier dodał obiekt to swojego katalogu, znanego przez większość astro-amatorów, jako 31 pozycję (M 31). Niepoprawnie uznał Simona Mariusa jako odkrywcę (nie znał zapisków Al-Sufi'ego) mimo, że obiekt widoczny jest nawet gołym okiem. Niezależnie obiekt odkryli jeszcze Giovanni Batista Hodierna w 1654 oraz Ismail Bouillaud w 1661.

W 1785 roku niemiecko-angielski astronom William Herschel wierzył, że jest to duża mgławica, położona w naszej galaktyce - Drodze Mlecznej. Odległość oszacował na wartość 2000 odległości do Syriusza.

Początkowo szacowano, że M 31 jest mgławicą znajdującą się w naszej Galaktyce - Drodze Mlecznej. Do tej pory sądzono, że Droga Mleczna to jedyna galaktyka i jest ona całym Wszechświatem.

W 1850 roku William Parsons za pomocą swojego ogromnego, 72 calowego teleskopu jako pierwszy zaobserwował i naszkicował strukturę spiralną obiektu.

W 1864 roku angielski astronom William Huggins zbadał widmo galaktyki (chodzi o spektrum emitowanych fal promieniowania elektromagnetycznego - różne pierwiastki emitują różne długości fal). Linie absorpcyjne i emisyjne bardzo przypominały te, które emituje większość gwiazd. To wskazywało, że M 31 miało naturę gwiazdową.

W 1885 w galaktyce widziano wybuch supernowej, którą nazwano S Andromedae. Jednak nie wiadomo było, że M 31 to odległa galaktyka i wzięli fałszywie za Nową - mniej spektakularne zjawisko - dlatego miała też nazwę "Nova 1885"

W 1887 roku po raz pierwszy wykonano fotografię Galaktyki Andromedy. Dokonał tego walijski biznesmen i inżynier, który dodatkowo interesował się astronomią - Isaac Roberts. Na zdjęciu widać struktury galaktyki.

Fotografia Isaaca Robertsa - źródło: wikipedia.org. Małe mgiełki w pobliżu galaktyki to M110 (u góry) i M32 (po prawej stronie)

Z racji tego, że do tej pory wierzono, że M 31 to mgławica wewnątrz Drogi Mlecznej (stąd także nieoficjalna nazwa "Wielka Mgławica w Andromedzie") Isaac Roberts zasugerował, że może to być formujący się młody układ planetarny.

Isaac Roberts - źródło: wikipedia.org

W 1912 roku Amerykanin Vesto Melvin Slipher dokonał ciekawego odkrycia. Za pomocą spektroskopii (przesunięcia widma ku czerwieni/fioletowi) odkrył, że galaktyka zbliża się do nas. (przesunięcie widma ku fioletowi). Prędkość zbliżania się do Słońca oszacował na 300 km/s. Jest to prędkość do naszego Układu Słonecznego, nie do galaktyki.

Żeby obliczyć prędkość zbliżania się M 31 do naszej Galaktyki musimy także uwzględnić ruch Układu Słonecznego wokół centrum Drogi Mlecznej.

Oba wektory są ustawione, że lecimy prosto na siebie.
Odejmując ruch Układu Słonecznego (200-230 km/s) to wyjdzie nam, że Galaktyka Andromedy
i Droga Mleczna zbliżają się do siebie z prędkością ok. 100 km co sekundę.

W 1917 roku Heber Curtis - amerykański astronom podczas przeglądania fotografii dostrzegł kilka wybuchów Nowych. Na podstawie prędkości radialnych oszacował odległość do nich na ok. 500 000 lat świetlnych. Było to pierwszym prekursorem, by myśleć, że galaktyka Andromedy jest tak naprawdę odległą, osobną galaktyką.

W 1920 roku stworzono wielką debatę astronomiczną między Heberem Curtis'em a Harlowem Shapley'em.

Shapley był zdania, że nasza galaktyka jest jedyną i stanowi cały Wszechświat, a mgławice spiralne są jej częścią.

Curtis natomiast, by dowieść swoich racji, pytał dlaczego przesunięcia dopplerowskie mgławic spiralnych są tak duże oraz, że widać ciemne pasy oraz chmury pyłowe podobne do tych z naszej Galaktyki.
Finalnie określono, że M 31 jest osobną, wyodrębnioną galaktyką. W ustaleniu tego pomogły też historyczne obserwacje np. Williama Herschela czy Williama Parsonsa, którzy zaobserwowali sporo takich "spiralnych mgiełek".



3. Oszacowanie odległości do Galaktyki Andromedy za pomocą zaobserwowanych cefeid.

W 1922 roku estoński astronom Ernst Öpik zaproponował sposób na określenie odległości za pomocą prędkości radialnych poszczególnych gwiazd. W 1925 roku astronom Edwin Hubble stworzył debatę, na której miano zmierzyć odległość za pomocą odkrytych Cefeid w galaktyce Andromedy.
Za pomocą 2,5 metrowego teleskopu w obserwatorium Mount Wilson w Kalifornii wykonano fotografie, na których zaobserwowano gwiazdy zmienne.

Znane zdjęcie Edwina Hubble'a na którym są zaznaczone Cefeidy.

Odległość oszacowano na ok. 1,500,000 lat świetlnych. Jednak było to jeszcze za mało. Wtedy nie znano dwóch typów Cefeid tylko jeden. Dopiero w 1953 roku odkryto drugi typ cefeid, który różnił się naturą od pierwszego typu, powiększono odległość niemal dwukrotnie. W latach 90' za pomocą satelity Hipparcos zbadano z ogromną dokładnością prędkości radialne i widmo gwiazd i ostateczne - określono odległość - 2,500,000 lat świetlnych.





4. Dysk i ramiona spiralne Galaktyki Andromedy.

Niekorzystne nachylenie płaszczyzny galaktyki względem nas (ok. 13 stopni, gdzie 0 stopni jest wtedy, gdyby galaktyka ustawiona była do nas krawędzią) oraz to, że poprzeczka jest ustawiona pionowo do nas, nie pozwala na dojrzenie poprzeczki ani na dokładne zbadanie struktury ramion spiralnych. Na podstawie zdjęcia możemy wywnioskować, że galaktyka składa się z dwóch głównych ramion spiralnych.
Alternatywne wersje mówią, że może to być jedno, bardzo gęste ramię spiralne, a galaktyka może przemieniać się w galaktykę pierścieniową - coś na wzór galaktyki PGC 54559, zwaną również Obiektem Hoag'a.

Obiekt Hoag'a (PGC 54559) - źródło: NASA & Hubble

Na pomoc przychodzą zdjęcia Galaktyki Andromedy w podczerwieni oraz ultra-fiolecie.

Galaktyka Andromedy w świetle widzialnym. Źródło: wikipedia.

Galaktyka Andromedy (podczerwień) - źródło: NASA/ JPL Caltech

Galaktyka Andromedy w ultra-fiolecie - źródło: NASA.

Zdjęcie Galaktyki Andromedy w podczerwieni - teleskop Spitzera.

Zapewne można zauważyć, że ramiona spiralne nie są ułożone równo w płaszczyźnie. Są lekko nachylone względem siebie. Powodem może być wpływ grawitacyjny Galaktyki Trójkąta (M33).
Możliwy jest także scenariusz, że ramiona spiralne M 31 oddziałują z okrążającymi ją galaktykami karłowatymi.

W styczniu 2015 roku za pomocą Teleskopu Hubble'a wykonano najlepszą fotografię Galaktyki Andromedy, jakie do tej pory zrobiono. Zrobiono 7398 ekspozycji do 411 zdjęć, które sklejono jako mozaikę.

Pełny obraz: >> LINK <<

Przekątna tego zdjęcia ma ok 61 000 lat świetlnych. Jak się powiększy to zdjęcie i widać ziarno na zdjęciu - to każde to ziarenko, to pojedyncza gwiazda, która znajduje się w Galaktyce Andromedy.
Błękitne obszary to gęstsze gromady młodych gwiazd.




5. Centrum Galaktyki Andromedy - jądro.

Bardzo ciekawe jest jądro Galaktyki Andromedy. Składa się ono z bardzo gęstego skupiska gwiazd, oraz centralnej czarnej dziury. Za pomocą teleskopu Hubble'a odkryto, że w centrum są dwa gęste koncentracje materii.

Zdjęcie centrum M31 - źródło: ESA/Hubble

Ta gęstsza koncentracja, zwana jest jako P1 i jest to jakby odrośl od centrum M31, a ta mniejsza, zwana P2, zawiera super-masywną czarną dziurę. Dwie koncentracje oddalone są o ok. 4,9 roku świetlnego i okrążają się z prędkością ok. 160 km/s. Możliwe, że może to być nawet podwójne jądro.

Jedna z teorii mówi, że P1 jest to dysk gwiazd krążących po wydłużonej, eliptycznej i ekscentrycznej orbicie wokół P2. Możliwe, że podwójne jądro galaktyki może być spowodowane tym, że w przeszłości galaktyka M31 mogła wejść w kolizję i wciągnąć inną galaktykę.

Zdjęcie w paśmie rentgenowskim centrum M31. Teleskop kosmiczny Chandra X-Ray. Niebieski punkt to miejsce czarnej dziury.

Zdjęcie w paśmie wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego. Źródło: NASA

6. Galaktyki satelitarne Andromedy.

Wielką galaktykę okrąża 14 małych galaktyk karłowatych. Najjaśniejsze i najpopularniejsze z nich, widoczne już w małych teleskopach to M32 oraz M110.

M32 jest najjaśniejsza. Wygląda jak rozmyta duża kulka. Jest to mała galaktyka eliptyczna o średnicy zaledwie 6,500 lat świetlnych. Mimo, że galaktyka karłowata jest mała, to posiada ona supermasywną czarną dziurę.

M110 jest także galaktyką eliptyczną karłowatą. W przeciwieństwie do M32 nie ma dowodów na to, że posiada super-masywną czarną dziurę. Jest ostatnim obiektem w katalogu Messiera. Tak naprawdę Charles Messier nie dodał tego obiektu do swojej listy. Jedynie została opisana przez niego. Nieoficjalnie odkryła tą galaktykę Caroline Herschel, a sugestię, by dodać obiekt do katalogu Messiera dopiero w 1967 roku.

Galaktyka karłowata M110 - źródło: 2MASS

7. Kolizja Galaktyki Andromedy z Drogą Mleczną.

Galaktyka Andromedy zbliża się do Drogi Mlecznej z prędkością ok. 100-110 km/s. M31 jest jedną z niewielu galaktyk, które wykazują przesunięcie widma ku fioletowi (inne galaktyki mają przesunięcie ku czerwieni). W 2012 roku wykonano precyzyjne pomiary prędkości radialnych Galaktyki Andromedy jak i jej gwiazd. Dzięki temu określono wektory obu galaktyki i jest wiadome na 100%, że dojdzie do kolizji.

Kolizja ma nastąpić za ok. 4 miliardy lat. Możliwe, że ludzkość nie dotrwa tego zjawiska, gdyż albo ludzkość wcześnie wyginie, a jak nie, to nasza gwiazda dzienna przemieni się w czerwonego olbrzyma i spali naszą planetę.

Scenariusz zderzenia M31 z Drogą Mleczną. Wizja artysty. Źródło: wikipedia

Gdyby wykluczyć śmierć naszej gwiazdy i ludzkość by jakimś cudem przeżyła to pojawia się jeszcze jedno pytanie: Czy kolizja galaktyk mogłaby zaszkodzić jakoś Ziemi?

Raczej nie. Odległość między gwiazdami jest tak ogromna (od co najmniej kilku lat świetlnych), że prawdopodobieństwo natrafienia się na siebie gwiazd jest praktycznie znikome. Jedynie moglibyśmy być bardziej narażeni na promieniowanie kosmiczne. Istnieje jeszcze scenariusz, jak gwiazdy ustawią się tak, że wystrzelą nasz Układ Słoneczny poza płaszczyznę galaktyki. Wtedy promieniowanie kosmiczne by nas nie ominęło.


Jeśli wam się podobało, to udostępniajcie, komentujcie, zadawajcie swoje pytania. Teraz będę pisał trzecią część, gdzie opiszę dokładnie jak zbudowany jest Łazik Curiosity i co dzięki niemu odkryliśmy.

Pozdrawiam, McGoris. 

Zapraszam także do polubienia strony na Facebooku: facebook.com/mcastronomia

ZOBACZ TEŻ:

Skąd znamy odległość do obiektów w kosmosie? 
Gwiazdy - typy gwiazd. 
Teleskop Hubble'a - najważniejszy instrument w astronomii.