Z pomocą teleskopu HST (Hubble Space Telescope) udało się zamapować ogromną chmurę gazów zwaną halo, która otacza galaktykę w gwiazdozbiorze Andromedy (M31) – najbliższą dużą sąsiadkę galaktyczną Drogi Mlecznej. Naukowców zaskoczyło, że jest to delikatne, prawie niewidoczne halo rozproszonej plazmy, które rozciąga się na odległość od 1.3 miliona lat świetlnych od M31 (około połowa odległości do Drogi Mlecznej) do około 2 milionów lat świetlnych w niektórych kierunkach. Oznacza to, że halo galaktyki Andromedy zderza się z halo naszej Galaktyki. Odkryto, że halo M31 ma strukturę warstwową, z dwoma odrębnymi otoczkami gazowymi. Są to najbardziej kompleksowe badania halo otaczającego galaktykę.
„Zrozumienie ogromnego halo gazowego otaczającego galaktyki jest nadzwyczaj ważne – twierdzi Samantha Berek z Yale University w USA. – Jest to rezerwuar gazu, który w przyszłości zapewni paliwo do powstania gwiazd w galaktyce. Wreszcie możemy szczegółowo to badać w najbliższej galaktyce”.
„Odkryliśmy wewnętrzną otoczkę, która rozciąga się na około pół miliona lat świetlnych i jest znacznie bardziej złożona i dynamiczna – tłumaczy szef zespołu Nicolas Lehner z Uniwersytetu Notre Dame w Indianie, USA. – Zewnętrzna otoczka jest gładsza i gorętsza. Ta różnica jest najprawdopodobniej wynikiem bezpośredniego wpływu na wewnętrzne halo wybuchów supernowych w dysku galaktyki”.
Oznaką tej aktywności odkrytej przez zespół naukowców jest obecność dużej ilości ciężkich pierwiastków w gazowym halo galaktyki Andromedy. Ciężkie pierwiastki powstają we wnętrzach gwiazd i następnie są wyrzucane – czasami w sposób gwałtowny, gdy gwiazda umiera. To halo jest następnie zanieczyszczane materią z gwiezdnych eksplozji.
Galaktyka Andromedy, znana również jako M31, jest ogromną galaktyką spiralną liczącą nawet około tysiąca miliardów gwiazd. Jej wielkość jest porównywalna z Drogą Mleczną. Z bliskiej odległości około 2.5 miliona lat świetlnych wydaje się być jak smuga światła w kształcie papierosa, wznosząca się wysoko na tle jesiennego nieba. Gdyby jej gazowe halo mogło być widoczne gołym okiem, to byłoby około trzy razy większe od Wielkiego Wozu. Bez wątpienia byłby to więc jeden z największych obiektów widocznych na nocnym niebie.
Badania odbyły się w ramach projektu AMIGA (Absorption Map of Ionized Gas in Andromeda), w ramach którego zaobserwowano światło 43 kwazarów znajdujących się daleko poza galaktyką Andromedy (kwazary to bardzo odległe, jasne jądra aktywnych galaktyk, które są zasilane przez supermasywne czarne dziury). Te kwazary są rozłożone w różnych kierunkach (patrz poniższy rysunek) – co pozwala badać różne obszary halo M31. Patrząc przez to ogromne halo w świetle kwazarów, astronomowie zaobserwowali jak światło kwazarów jest pochłaniane przez halo i jak ta absorpcja zmienia się w różnych obszarach. Ogromne halo galaktyki Andromedy składa się z rozrzedzonego i zjonizowanego gazu, który nie emituje łatwego do detekcji promieniowania elektromagnetycznego. Dlatego śledzenie absorpcji światła pochodzącego od źródła w tle (czyli kwazarów) jest lepszym sposobem badania tej struktury.
Rysunek pokazuje pozycję 43 kwazarów, które wykorzystali astronomowie, by zbadać halo gazowe galaktyki w Andromedzie. Te kwazary są rozsiane bardzo daleko w przestrzeni za halo M31. Patrząc przez to ogromne halo w świetle kwazarów, naukowcy zaobserwowali jak światło kwazarów jest pochłaniane przez halo i jak ta absorpcja zmienia się w różnych obszarach. Śledząc pochłanianie światła pochodzącego od kwazarów świecących w tle, naukowcy są w stanie sondować materię w halo. Źródło: NASA, ESA, and E. Wheatley (STScI).
Naukowcy wykorzystali spektrograf COS (Cosmic Origins Spectrograp) współpracujący z teleskopem kosmicznym Hubble'a, do badań światła ultrafioletowego pochodzącego od kwazarów. Światło ultrafioletowe absorbuje ziemska atmosfera, co sprawia, że tych obserwacji nie można było wykonać za pomocą teleskopów znajdujących się na Ziemi. Zespół badawczy wykorzystał spektrograf COS do obserwacji linii widmowych zjonizowanego gazu pochodzących od atomów węgla, krzemu i tlenu. Atom staje się zjonizowany, gdy promieniowanie wybije z niego jeden lub więcej elektronów.
Halo galaktyki Andromedy było już wcześniej badane przez zespół Lehnera. Mianowicie w 2015 roku odkryli oni, że halo galaktyki Andromedy jest ogromne i masywne. Wtedy były tylko pewne podejrzenia na temat jej złożoności. Podczas obecnych badań naukowcy zmapowali bardzo szczegółowo halo galaktyki Andromedy, określając znacznie dokładniej jej wielkość i masę.
„Podczas poprzednich badań obserwowano światło tylko sześć kwazarów, mapując halo M31 do odległości około miliona lat świetlnych. Obecny projekt naukowy dostarczył znacznie więcej informacji na temat wewnętrznych obszarów halo galaktyki Andromedy – wyjaśnił J. Christopher Howk, (również naukowiec z Uniwersytetu Notre Dame). – Obserwacje materii gazowej wewnątrz tej sfery są ważne, ponieważ jest to obszar grawitacyjnego oddziaływania M31”.
Nie możemy łatwo zrozumieć właściwości halo naszej własnej Galaktyki, ponieważ znajdujemy się wewnątrz Drogi Mlecznej. Jednak astronomowie wierzą, że halo galaktyki Andromedy i halo Drogi Mlecznej muszą być bardzo podobne, ponieważ obie galaktyki są całkiem podobne do siebie. Obie galaktyki znajdują się na kursie kolizyjnym i za około 4 miliardy lat licząc od tej chwili, połączą się w gigantyczną galaktykę eliptyczną.
Astronomowie badają również halo odleglejszych galaktyk. Zajmują one jednak znacznie mniejszy obszar nieba – co zwykle oznacza, że dla jednej galaktyki znajduje się zaledwie jednego wystarczająco jasnego kwazara w tle do badań halo galaktyki. Dlatego informacja przestrzenna jest utracona. Natomiast halo nieodległej galaktyki Andromedy zajmuje znaczny obszar ziemskiego nieba, co pozwala na szczegółowsze obserwacje.
„Są to unikalne badania, ponieważ dla halo galaktyki Andromedy mamy informację nie tylko w jednym czy dwóch kierunkach, ale aż w ponad czterdziestu – wyjaśnił Lehner. – Jest to nowatorskie podejście, którego celem jest uchwycenie złożoności halo galaktycznego poza Drogą Mleczną”.
Faktycznie galaktyka Andromedy jest jedyną galaktyką, dla której obecnie te obserwacje mogą być przeprowadzone i tylko za pomocą teleskopu HST. Astronomowie będą mogli rutynowo w przyszłości zbadać około 30 galaktyk z Lokalnej Grupy Galaktyk, wykorzystując teleskopy kosmiczne nowej generacji, pozwalające na obserwacje w zakresie ultrafioletowym.
„Projekt AMIGA daje nam więc również wgląd w przyszłość” – powiedział Lehner.
Omówione wyniki badań grupy AMIGA ukazały się 27 sierpnia 2020 roku w „The Astrophysical Journal”.
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Więcej informacji:
Publikacja naukowa: Project AMIGA: The Circumgalactic Medium of Andromeda
Wersja darmowa publikacji w arXiv: Project AMIGA: The Circumgalactic Medium of Andromeda
Hubble Maps Giant Halo Around Andromeda Galaxy
Źródło: NASA
Ilustracja: Wizualizacja przedstawia halo gazowe wokół galaktyki Andromedy (M31), gdyby było widoczne gołym okiem. Z odległości 2.5 miliona lat świetlnych ogromna galaktyka spiralna w Andromedzie jest tak blisko, że wydaje się być smugą światła w kształcie papierosa wznoszącą się wysoko na tle jesiennego nieba. Gdyby to gazowe halo mogło być widoczne gołym okiem, to byłoby jedną z największych struktur na nocnym niebie (mniej więcej trzy razy większe od Wielkiego Wozu). Źródło: NASA, ESA, J. DePasquale i E. Wheatley (STScI), i Z. Levay (obraz w tle).
