W latach następujących po wystrzeleniu Kosmicznego Teleskopu Hubble'a astronomowie odnotowali obecność ponad 1 biliona galaktyk we wszechświecie. Ale tylko jedna galaktyka wyróżnia się jako najważniejsza pobliska wyspa gwiezdna naszej Drogi Mlecznej – wspaniała galaktyka Andromedy (Messier 31). Można go zobaczyć gołym okiem w bardzo pogodną jesienną noc jako słaby obiekt w kształcie cygara, mniej więcej pozornej średnicy kątowej naszego Księżyca.
Sto lat temu Edwin Hubble po raz pierwszy ustalił, że ta tak zwana „mgławica spiralna” znajduje się w rzeczywistości bardzo daleko od naszej Drogi Mlecznej – w odległości około 2,5 miliona lat świetlnych, czyli mniej więcej 25 średnic Drogi Mlecznej. Wcześniej astronomowie od dawna uważali, że Droga Mleczna obejmuje cały wszechświat. Z dnia na dzień odkrycie Hubble'a wywróciło kosmologię do góry nogami, odsłaniając nieskończenie wspanialszy wszechświat.
Teraz, sto lat później, teleskop kosmiczny nazwany na cześć Hubble'a dokonał najbardziej wszechstronnego przeglądu tego kuszącego imperium gwiazd. Teleskop Hubble'a dostarcza nowych wskazówek na temat ewolucyjnej historii Andromedy i wygląda ona znacząco różni się od historii Drogi Mlecznej.
Bez Andromedy jako zastępczej galaktyk spiralnych w całym wszechświecie astronomowie wiedzieliby znacznie mniej o strukturze i ewolucji naszej własnej Drogi Mlecznej. Dzieje się tak dlatego, że jesteśmy osadzeni w Drodze Mlecznej. To jakby próbować zrozumieć układ Nowego Jorku, stojąc pośrodku Central Parku.
„Dzięki Hubble'owi możemy uzyskać niezwykle szczegółowe informacje na temat tego, co dzieje się w skali holistycznej na całym dysku galaktyki. Nie da się tego zrobić w przypadku żadnej innej dużej galaktyki” – powiedział główny badacz Ben Williams z Uniwersytetu Waszyngtońskiego. Dzięki ostrym możliwościom obrazowania Hubble'a można rozróżnić ponad 200 milionów gwiazd w galaktyce Andromedy, wykrywając jedynie gwiazdy jaśniejsze od naszego Słońca. Wyglądają jak ziarenka piasku na plaży. Ale to tylko wierzchołek góry lodowej. Całkowitą populację Andromedy szacuje się na 1 bilion gwiazd, a wiele mniej masywnych gwiazd znajduje się poniżej granicy czułości Hubble'a.
Sfotografowanie Andromedy było herkulesowym zadaniem, ponieważ galaktyka ta jest znacznie większym celem na niebie niż galaktyki regularnie obserwowane przez Hubble'a, które często są oddalone o miliardy lat świetlnych. Pełną mozaikę wykonano w ramach dwóch programów Hubble'a. W sumie wymagało to ponad 1000 orbit Hubble'a w ciągu ponad dziesięciu lat.
Ta panorama zaczęła się około dziesięć lat temu od programu Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT). Zdjęcia wykonano w zakresie fal bliskiego ultrafioletu, światła widzialnego i bliskiej podczerwieni przy użyciu Advanced Camera for Surveys i Wide Field Camera 3 na pokładzie Hubble'a w celu sfotografowania północnej części Andromedy.
Kontynuacją tego programu był projekt Panchromatic Hubble Andromeda Southern Treasury (PHAST), opublikowany niedawno w The Astrophysical Journal pod kierownictwem Zhuo Chena z Uniwersytetu Waszyngtońskiego, który dodał zdjęcia około 100 milionów gwiazd w południowej części Andromedy. Region ten jest strukturalnie wyjątkowy i bardziej wrażliwy na historię łączenia się galaktyk niż dysk północny mapowany w przeglądzie PHAT.
Połączone programy obejmują łącznie cały dysk Andromedy, który widziany jest niemal od strony krawędzi – nachylony o 77 stopni w stosunku do widoku Ziemi. Galaktyka jest tak duża, że mozaika składa się z około 600 oddzielnych pól widzenia. Obraz mozaikowy składa się z co najmniej 2,5 miliarda pikseli.
Uzupełniające programy badań Hubble'a dostarczają informacji o wieku, obfitości pierwiastków ciężkich i masach gwiazd wewnątrz Andromedy. Umożliwi to astronomom rozróżnienie pomiędzy konkurencyjnymi scenariuszami, w których Andromeda połączyła się z jedną lub większą liczbą galaktyk. Szczegółowe pomiary Hubble'a ograniczają modele historii fuzji Andromedy i ewolucji dysku.
Galaktyczny „wrak pociągu”
Chociaż Droga Mleczna i Andromeda powstały prawdopodobnie mniej więcej w tym samym czasie wiele miliardów lat temu, dowody obserwacyjne wskazują, że mają bardzo różną historię ewolucji, mimo że dorastały w tym samym kosmologicznym sąsiedztwie. Andromeda wydaje się być bardziej zaludniona młodszymi gwiazdami i niezwykłymi cechami, takimi jak spójne strumienie gwiazd, twierdzą badacze. Oznacza to, że ma bardziej aktywną niedawną historię powstawania gwiazd i interakcji niż Droga Mleczna.
„Andromeda to wrak pociągu. Wygląda na to, że przeszła jakieś wydarzenie, które spowodowało, że utworzyło wiele gwiazd, a następnie po prostu przestało działać” – powiedział Daniel Weisz z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. „Było to prawdopodobnie spowodowane kolizją z inną galaktyką w sąsiedztwie”.
Możliwym winowajcą jest zwarta galaktyka satelitarna Messier 32, która przypomina rozebrane jądro niegdyś galaktyki spiralnej, która mogła w przeszłości oddziaływać z Andromedą. Symulacje komputerowe sugerują, że kiedy bliskie spotkanie z inną galaktyką zużywa cały dostępny gaz międzygwiazdowy, powstawanie gwiazd ustaje.
„Andromeda wygląda jak galaktyka typu przejściowego, znajdująca się pomiędzy spiralą tworzącą gwiazdy a rodzajem galaktyki eliptycznej zdominowanej przez starzejące się czerwone gwiazdy” – powiedział Weisz. „Możemy stwierdzić, że zawiera duże zgrubienie centralne złożone ze starszych gwiazd i dysk gwiazdotwórczy, który nie jest tak aktywny, jak można by się spodziewać, biorąc pod uwagę masę galaktyki”.
„To szczegółowe spojrzenie na rozdzielone gwiazdy pomoże nam poskładać w całość historię fuzji i interakcji w galaktyce” – dodał Williams.
Nowe odkrycia Hubble'a będą stanowić wsparcie w przyszłych obserwacjach prowadzonych przez należący do NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba i nadchodzący Rzymski Teleskop Kosmiczny Nancy Grace. Zasadniczo, szerokokątna wersja Hubble'a (z lustrem tej samej wielkości), Roman uchwyci w jednej ekspozycji równowartość co najmniej 100 zdjęć Hubble'a o wysokiej rozdzielczości. Obserwacje te uzupełnią i rozszerzą ogromny zbiór danych Hubble'a.