Галактика Андромеды (Туманность Андромеды, M 31, NGC 224, PGC 2557) — спиральная галактика, наблюдаемая в созвездии Андромеды. Эта галактика приблизительно вдвое больше нашей галактики в диаметре, содержит в несколько раз больше звёзд и удалена от неё на расстояние порядка 800 килопарсек. Это делает её ближайшей из крупных галактик, а также крупнейшей галактикой Местной группы, тем не менее, её масса меньше, чем у Млечного Пути.
Звёздное население этой галактики в среднем более старое, чем в нашей галактике, и более металличное. Галактика имеет множество спутников, влияющих на её структуру, в её истории было множество столкновений с другими галактиками. В будущем Млечный Путь столкнётся и объединится с Галактикой Андромеды.
Туманность Андромеды имеет видимую звёздную величину +3,44m и угловой диаметр в 6 раз больше углового диаметра Луны, благодаря чему она видима невооружённым глазом и популярна среди астрономов-любителей, а также является распространённой локацией в научной фантастике. Самое раннее сохранившееся упоминание галактики относится к 964 году нашей эры, а на сегодняшний день это одна из самых изученных галактик.
Свойства[1][]
Общие характеристики[]
Галактика Андромеды в инфракрасном диапазоне
Галактика Андромеды — спиральная галактика, удалённая от Млечного Пути на 740—830 килопарсек и наблюдаемая в созвездии Андромеды. Галактика является крупнейшей в Местной группе, а также ближайшей крупной галактикой к Млечному Пути. Хотя расстояние до этой галактики известно с одной из лучших точностей в астрономии, погрешность всё равно заметна и обусловлена неточностью измеренного расстояния до Малого Магелланова Облака, которое служит ступенью шкалы расстояний в астрономии.
Наблюдаемый радиус галактики составляет около 100 тысяч световых лет (31 килопарсек); в нём заключена масса в 3⋅1011 M⊙. В более далёких частях галактики звёзды и газ уже не наблюдаются, но общая масса в области с радиусом в 100 килопарсек от центра, по разным оценкам, находится в диапазоне 0,8—1,5⋅1012 M⊙. Всего же галактика содержит порядка триллиона звёзд. Таким образом, Галактика Андромеды немного больше в диаметре, чем Млечный Путь и содержит в 2,5—5 раз больше звёзд. При этом массы двух галактик как минимум равны, а скорее всего, масса Млечного Пути даже больше за счёт гало, хотя до недавнего времени считалось, что Галактика Андромеды значительно массивнее Млечного Пути, так как точная информация о массе гало Туманности Андромеды не была известна. Общая масса атомарного водорода в галактике составляет около 4⋅109 M⊙.
Абсолютная звёздная величина Галактики Андромеды в полосе V составляет −20,6m, а видимая — +3,44m. Показатель цвета B−V — +0,92. Плоскость галактики расположена под углом в 12,5° к лучу зрения. Лучевая скорость относительно Земли равна −310 км/с, а относительно центра Млечного Пути −120 км/с, что означает, что галактики сближаются и столкнутся в будущем (см. ниже[⇨]). Кривая вращения галактики имеет максимум в области 1—15 килопарсек от центра, на этих расстояниях скорость вращения галактики составляет 240—250 км/с.
Строение и состав[]
Структура[]
Галактика Андромеды имеет диск с двумя выраженными спиральными рукавами и сфероидальную составляющую, поэтому по морфологической классификации её относят к типу Sb (или SA(s)b). По данным обзора 2MASS, в Галактике Андромеды есть бар, расположенный практически параллельно лучу зрения. Как и Млечный Путь, эта галактика имеет протяжённое гало, содержащее бедные металлами звёзды, хотя его металличность и больше, чем у гало Млечного Пути. В диске сосредоточено 56 % звёздной массы галактики, в балдже — 30 %.
На структуру галактики, по-видимому, влияют галактики-спутники (см. ниже[⇨]). Плоскость диска S-образно искажена, спирали имеют искривлённую форму, а также наблюдаются кольцеобразные структуры, и, возможно, Галактика Андромеды в будущем станет кольцеобразной галактикой. Также у галактики наблюдается множество звёздных потоков.
В галактике наблюдается кольцо с радиусом приблизительно в 10 килопарсек от центра — так называемый молодой диск (англ. young disc): он отличается большим количеством областей H II и OB-ассоциаций. При моделировании он иногда рассматривается как отдельная от диска составляющая галактики.
Галактика Андромеды обладает двойным ядром: в середине наблюдаются две области, разделённые 5 световыми годами, где концентрируются звёзды. Одна из областей более яркая; при этом выяснено, что более тусклая часть находится в центре галактики, и, возможно, содержит сверхмассивную чёрную дыру массой 5⋅107 M⊙, а более яркая — смещена относительно него. Наличие двойного ядра можно объяснить либо тем, что Галактика Андромеды в прошлом поглотила шаровое скопление или небольшую галактику, ядро которой и наблюдается, либо тем, что ядро частично затенено пылью, что может создавать иллюзию двойственности ядра. Ещё одна гипотеза предполагает, что звёзды в центре галактики движутся по эллиптической траектории, замедляются при удалении от центральной чёрной дыры и создают там уплотнение, которое наблюдается как второе ядро. Само ядро имеет очень высокую светимость, в 60 раз превышающую светимость среднего шарового скопления в галактике. Также ядро, подобно ядру нашей галактики, является радиоисточником, но его светимость в этом диапазоне в 30 раз слабее, чем у источника в центре Млечного Пути.
Звёздное население[]
Нынешний темп звездообразования в Галактике Андромеды составляет лишь 20—30 % от такового в Млечном Пути и равен около 0,35 M⊙ в год, а звёзды в Галактике Андромеды в среднем более старые. В центральных частях галактики доминируют звёзды возрастами 11—13 миллиардов лет, но в диске средний возраст звёзд составляет 6—7 миллиардов лет, а в молодом диске — около 4 миллиардов лет. Средняя металличность звёзд в галактике сравнима с солнечной, в центральных же областях галактики она больше и составляет в среднем 0,35. В полосе g соотношение масса — светимость составляет порядка 5,3 M⊙/L⊙ для балджа и диска, 6,2 M⊙/L⊙ для гало и 1,2 M⊙/L⊙ для молодого диска.
Некоторые звёздные скопления M 31
Галактика Андромеды имеет выраженную систему шаровых звёздных скоплений: их известно около 400, что в 2—3 раза больше, чем в Млечном Пути, а по теоретическим оценкам их в галактике примерно 450. Среди них — скопление Майалл II, самое яркое скопление в Местной группе, которое имеет массу в 7—15 миллионов масс Солнца (что вдвое больше, чем у Омеги Центавра) и, возможно, является ядром разрушенной карликовой галактики. В среднем шаровые звёздные скопления в Галактике Андромеды имеют бо́льшую металличность, чем в Млечном Пути.
В Галактике Андромеды известны три популяции шаровых скоплений: первая — с возрастами от 100 до 500 миллионов лет, вторая — возрастом около 5 миллиардов лет, третья — 10—12 миллиардов лет. В отличие от Галактики Андромеды, в Млечном Пути эти объекты практически одинаково старые, с возрастом 10—12 миллиардов лет, а молодые отсутствуют. Вероятно, наличие молодых скоплений в Галактике Андромеды объясняется поглощением ей неправильных галактик в прошлом. Кроме того, в Галактике Андромеды имеются звёздные скопления, по характеристикам промежуточные между шаровыми звёздными скоплениями и карликовыми сфероидальными галактиками, аналогов которым в Млечном Пути не обнаружено. Хотя их светимости и цвета такие же, как и у обычных шаровых скоплений, они отличаются очень большими радиусами — порядка 30 парсек.
Другие объекты галактики[]
Из других объектов в галактике обнаружено 35 чёрных дыр звёздных масс, чаще всего 5—10 M⊙, и была зарегистрирована единственная сверхновая — S Андромеды, наблюдавшаяся в 1885 году.
В галактике есть кандидат в экзопланеты — PA-99-N2b, на существование которого может указывать событие микролинзирования, наблюдавшееся в 1999 году, но после объявления об открытии оно было поставлено под сомнение, и на данный момент планета считается неподтверждённой.
Спутники[]
Основная статья: Список галактик-спутников галактики Андромеды
Галактика Андромеды имеет более десятка галактик-компаньонов, а с учётом кандидатов — более тридцати, большинство из них — карликовые сфероидальные галактики. Наиболее яркие и заметные — M 32 и M 110, и возможно, к спутникам Галактики Андромеды также относится Галактика Треугольника.
Некоторые особенности структуры (см. выше[⇨]) указывают на то, что спутники заметно влияют на саму галактику. Например, 200 миллионов лет назад M 32 прошла через диск Галактики Андромеды, что привело к появлению кольца, а сама M 32 при этом потеряла около половины своей массы. Приливные силы галактики также влияют на спутники: с некоторыми из них связаны звёздные потоки.
Эволюция[]
[2] Считается, что Галактика Андромеды образовалась 10 миллиардов лет назад при столкновении нескольких галактик.
8 миллиардов лет назад произошло столкновение Галактики Андромеды с другой галактикой, что привело к вспышке звездообразования, а на следующие 100 миллионов лет Галактика Андромеды стала яркой инфракрасной галактикой.
В промежутке от 2 до 4 миллиардов лет назад произошло близкое прохождение Галактики Андромеды и Галактики Треугольника, что привело к искривлению внешних областей диска и новой вспышке звездообразования.
100 миллионов лет назад Галактика Андромеды поглотила небольшую галактику. Это привело к образованию газового диска, который вращается в противоположную сторону относительно вращения M 31.
Столкновение Млечного Пути и Галактики Андромеды[]
Основная статья: Столкновение Млечного Пути и галактики Андромеды
Галактика Андромеды и Млечный Путь сближаются со скоростью около 120 км/с. Тангенциальная скорость Галактики Андромеды при этом достаточно мала, поэтому галактики столкнутся через 4 миллиарда лет, после чего на процесс слияния уйдёт ещё 2 миллиарда лет и образуется эллиптическая галактика. Если столкновение галактик с последующим слиянием произойдёт, столкновения отдельных звёзд всё равно будут маловероятны из-за низкой концентрации звёзд. Тем не менее, возможно, Солнечная система будет выброшена на далёкое расстояние от центра получившейся галактики.
В этом столкновении также будет участвовать Галактика Треугольника, и возможно, Млечный Путь столкнётся с ней раньше, чем с Галактикой Андромеды.
История изучения[]
[3] При хороших условиях наблюдения Галактика Андромеды видна невооружённым глазом, и скорее всего неоднократно наблюдалась в древности. Однако первое сохранившееся упоминание о ней датируется лишь 964 (либо 965) годом нашей эры и содержится в Книге неподвижных звёзд (англ.)русск., составленной Ас-Суфи, где она фигурирует как «маленькое облако».
Из европейских источников, упоминающих туманность, известна голландская карта звёздного неба, которая датируется 1500 годом. Первым, кто наблюдал её с помощью телескопа, был Симон Марий в 1612 году. Туманность обнаружил также Джованни Баттиста Годиерна и, не зная о предыдущих наблюдениях, в 1654 году заявил о её открытии. В 1661 году галактику наблюдал Исмаэль Буйо и отметил при этом, что её открыл анонимный астроном в начале XVI века; тем не менее, Эдмунд Галлей считал первооткрывателем именно Буйо и указал это в своей работе 1716 года, посвящённой туманностям.
Шарль Мессье внёс туманность в свой каталог в 1764 году под 31-м номером. В качестве первооткрывателя он указал Симона Мария, хотя тот не был первооткрывателем и не заявлял об открытии. Позже Мессье внёс в каталог и два компаньона туманности — M 32 и M 110. В каталог Мессье попало лишь два объекта ярче туманности Андромеды: Скопление Птолемея (M 7) и Плеяды (M 45).
Из-за её большого углового диаметра астрономы считали, что эта туманность — ближайшая из всех туманностей вообще. На основании этого предположения Уильям Гершель, наблюдавший Галактику Андромеды в 1780 году, решил, что она удалена от Земли в 2000 раз дальше, чем Сириус, то есть на 17000 световых лет. Хотя Гершель недооценил расстояние до M 31 на два порядка, его оценка стала первой попыткой определения расстояния до неё.
В 1864 году Уильям Хаггинс обнаружил, что спектры туманностей делятся на непрерывные, которые встречаются также у звёзд, и эмиссионные, которые наблюдаются у газопылевых туманностей. Спектр M 31 оказался непрерывным, и Хаггинс решил, что туманность на самом деле состоит из звёзд.
В 1885 году в галактике вспыхнула сверхновая — S Андромеды, первая зарегистрированная сверхновая вне Млечного Пути и пока что единственная в Галактике Андромеды. В то время Туманность Андромеды считалась частью Млечного Пути, и, как следствие — расположенной гораздо ближе, чем на самом деле, поэтому сверхновая была принята за новую звезду и получила название «Новая 1885 года».
В 1887 году Исаак Робертс (англ.)русск. сделал первую в истории фотографию Туманности Андромеды, на которой впервые оказалась видна спиральная структура.
В 1888 году Йохан Дрейер опубликовал Новый общий каталог, содержащий 7840 туманностей, звёздных скоплений и других объектов. Туманность Андромеды вошла в него как NGC 224. Кроме самой галактики, в каталог вошло находящееся в ней звёздное скопление NGC 206. Уже известные компаньоны M 32 и M 110 вошли в каталог как NGC 221 и NGC 205 соответственно; ещё два спутника получили обозначения NGC 147 и NGC 185.
В 1912 году Весто Слайфер измерил лучевую скорость Туманности Андромеды и выяснил, что она приближается к Земле со скоростью 300 км/с, что оказалось наибольшим значением из всех измеренных до этого. Это стало свидетельством в пользу того, что туманность находится вне Млечного Пути.
Тем не менее, вопрос о том, есть ли туманности за пределами Млечного Пути или все они принадлежат нашей галактике, ещё оставался. Он был разрешён в 1923 году, когда Эдвин Хаббл обнаружил в туманности Андромеды цефеиды — переменные звёзды, для которых была известна зависимость между периодом и светимостью, и в 1929 году определил, что расстояние до Галактики Андромеды значительно превышает размеры Млечного Пути. Однако эта оценка расстояния оказалась занижена более чем в два раза: Хабблу было неизвестно, что цефеиды делятся на два типа с разными зависимостями период — светимость. В 1943 году Вальтер Бааде, наблюдая центральные области галактики, обнаружил два различных типа цефеид, и благодаря этому открытию ошибка в измерении расстояния до этой галактики (и для других) была исправлена.
В 1991 году с помощью телескопа Хаббл обнаружено двойное ядро галактики, а в 2012 году в этой галактике открыт первый микроквазар вне Млечного Пути. На сегодняшний день Галактика Андромеды — одна из самых изученных галактик; кроме того, она представляет интерес тем, что, в отличие от Млечного Пути, она наблюдается со стороны и все её особенности хорошо видны, а не скрыты межзвёздной пылью.
Наблюдения[]
[4] Галактика Андромеды имеет видимую звёздную величину +3,44m, что делает её не только видимой невооружённым глазом, но и самой яркой галактикой северного полушария небесной сферы. Оценка её угловых размеров зависит от критериев и условий наблюдения, но в среднем размеры считают равными 3° × 1°, а значит, угловой диаметр Галактики Андромеды в 6 раз больше углового диаметра Луны. Иногда эту галактику рассматривают как самый удалённый объект, видимый невооружённым глазом, хотя опытные наблюдатели могут разглядеть более удалённую Галактику Треугольника. Галактика видима во всём северном полушарии, а в южном — на широтах севернее −40°. Лучшие месяцы для наблюдения — октябрь, ноябрь и декабрь. Все эти свойства делают галактику достаточно популярным объектом для наблюдения.
Несмотря на высокий видимый блеск, поверхностная яркость галактики из-за её больших размеров невысока. Условия видимости сильно зависят от уровня светового загрязнения, хотя и в меньшей степени, чем для других галактик. При некотором световом загрязнении всё ещё видна самая яркая центральная часть галактики, при использовании бинокля или небольшого телескопа можно заметить самые яркие спутники — M 32 и M 110, но структура остаётся неразличимой и галактика видна как туманное пятно в форме овала. Даже при небольших увеличениях, как правило, галактика занимает всё поле зрения.
При использовании крупного (более 25 см в диаметре) телескопа можно разглядеть шаровое звёздное скопление Майалл II, а при достаточном диаметре и несколько других шаровых и рассеянных скоплений. Становятся видны и другие детали, например, полоса пыли, пересекающая центр галактики. При фотографировании с длительной выдержкой детальные изображения можно получить даже без использования телескопа.
В культуре[]
[5] В массовой культуре Галактика Андромеды используется главным образом как локация в различных научно-фантастических произведениях. Среди них, например, Star Trek, в одной из серий которого из галактики прибывают разумные существа. В сериале A for Andromeda (англ.)русск. сюжет основывается на том, что учёные приняли радиосообщение, отправленное из Галактики Андромеды. Даже после того, как стало известно, что M 31 — галактика, её всё равно часто называют туманностью: например, «Туманность Андромеды» — название романа Ивана Ефремова.