Galaktyka Andromedy (zwana również Messier 31, M31 lub NGC 224, a wcześniej także Wielką Mgławicą w AndromedzieOkreślenie Mgławica Andromedy pochodzi z czasów, gdy nie znano natury Galaktyki Andromedy.) – galaktyka spiralna, leżąca około 2,52 miliona lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Andromedy.
Do niedawna sądzono, że Galaktyka Andromedy jest najmasywniejszą galaktyką w Grupie Lokalnej, w skład której wchodzą również Droga Mleczna, Galaktyka Trójkąta oraz około 50 mniejszych galaktyk. Na podstawie obserwacji w podczerwieni dokonanej z użyciem Teleskopu Spitzera w 2006 oszacowano liczbę gwiazd Andromedy na około bilion, dla porównania liczbę gwiazd w Drodze Mlecznej szacuje się na około 400 miliardów. Wirialna masa (masa łącznie z masą ciemnej materii) Galaktyki Andromedy jest tego samego rzędu wielkości co Drogi Mlecznej i wynosi około 1 biliona mas Słońca. Masa obu galaktyk jest trudna do porównania. W 2018 opublikowano szacunek masy Galaktyki Andromedy na podstawie analizy ruchu galaktyk satelickich, w połączeniu ze wstępnymi raportami z badania z 2019 szacującego większą masę Drogi Mlecznej„Milky Way tips the scales at 1.5 trillion solar masses” (11 March 2019). AstronomyNow.com. Retrieved 13 July 2019.. Galaktyka Andromedy ma średnicę około 220 000 ly (67 kpc), co czyni ją największym pod względem rozbudowy członkiem Grupy Lokalnej.
Galaktyka Andromedy jest największą i najjaśniejszą galaktyką nieba północnego. Widać ją nawet przez małe lornetki. Obserwacje można prowadzić także gołym okiem, niekiedy nawet na przedmieściach większych miast, widoczna jest jako niewielka mgiełka. Jednak jej całkowita średnica kątowa przewyższa sześciokrotnie kątowe rozmiary Księżyca.
Nazwa galaktyki pochodzi od mitologicznej etiopskiej królewny Andromedy.
Historia obserwacji Pierwsze udokumentowane obserwacje Galaktyki Andromedy przeprowadził w 964 roku perski astronom Abd Al-Rahman Al Sufi, opisując ją jako małą chmurkęDokumentując swoje obserwacje z 964, Abd Al-Rahman Al Sufi zaznaczył, że była powszechnie znana w Persji co najmniej od 905 roku.. Jak twierdzi Richard Hickley Allen, Galaktyka Andromedy pojawiła się również na holenderskiej mapie nieba z około 1500 rokuRichard Hickley Allen, Star Names, Their Lore and Meaning, Dover Publication, Nowy Jork, 1963., jednak mapy tej jak dotąd nie odnaleziono.
Pierwszy opis obiektu bazujący na obserwacjach teleskopowych sporządził Simon Marius 15 grudnia 1612 roku. Charles Messier, nieznający zapisków Al Sufiego, podał Mariusa jako odkrywcę Galaktyki Andromedy, dopisując ją do swojego katalogu 3 sierpnia 1764. Niezależnie obiekt odkryli jeszcze Giovanni Batista Hodierna w 1654 oraz Ismail Bouillaud w 1661.
W 1785 astronom William Herschel podał, w zgodzie z ówczesnym poglądem na mgławicowy charakter M31, że odległość do niej jest równa dwóm tysiącom odległości do SyriuszaWilliam Herschel, On the Construction of the Heavens, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 75: 213–266. 1785., czyli około 19 tysiącom lat świetlnych.
William Huggins, pionier spektroskopii, obserwując w 1864 widmo Galaktyki Andromedy, zauważył, że różni się ono od widm gazowych mgławic i przypomina raczej widma znanych gwiazdWilliam Huggins, On the Spectra of Some of the Nebulae, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 154: 437–444. 1864.. Od tamtej pory zaczęto wierzyć, że M31 ma raczej – choć dziwną – naturę gwiazdową.
20 sierpnia 1885 w Galaktyce Andromedy zaobserwowano wybuch supernowej (znanej jako S Andromedae lub SN 1885A), pierwszy i jak dotąd jedyny w tej galaktyce. Ówcześni astronomowie nie zdawali sobie sprawy z odległości do M31, przez co sklasyfikowano ją jako nową – zjawisko znacznie mniej spektakularne, ale powszechniejsze – i nazwano Nova 1885. Maksimum jasności, 6 osiągnęła pomiędzy 17 a 20 sierpnia 1885, w lutym 1890 osłabła do 16. Jej uważnym obserwatorem był Ernst Hartwig z Obserwatorium Dorpat w Estonii.
thumb|Wielka Mgławica w Andromedzie na fotografii Isaaca Robertsa z 1899 roku Pierwsze fotografie Galaktyki Andromedy zostały wykonane w 1887 przez Isaaca Robertsa. Dzięki wyjątkowo długiej ekspozycji zdjęcia pozwoliły po raz pierwszy ujrzeć jej spiralną strukturęIsaac Roberts, A Selection of Photographs of Stars, Star-clusters and Nebulae, cz. II. London: The Universal Press.. Jednakże to odkrycie zostało zbagatelizowane. Sugerując się powszechnym poglądem, że obiekt ten jest tylko mgławicą wewnątrz Drogi Mlecznej, Roberts uznał M31 za tworzący się system planetarny podobny do Układu Słonecznego.
W 1912 Vesto Slipher z Obserwatorium Lowella zmierzył, używając spektroskopii, prędkość radialną M31. Otrzymał wartość 300 kilometrów na sekundę w kierunku SłońcaVesto Slipher, The Radial Velocity of the Andromeda Nebula, Lowell Observatory Bulletin 1: 2.56–2.57. 1913.. Była to największa wówczas zmierzona prędkość. (Jest to prędkość względem Słońca, a nie Drogi Mlecznej – obie galaktyki zbliżają się do siebie z prędkością radialną trzykrotnie mniejszą.)
Wyspowy wszechświat W 1917 Heber Curtis zaobserwował wybuch nowej w Galaktyce Andromedy. Studiując zapis fotograficzny, odkrył jeszcze 11 innych gwiazd nowych. Zauważył, że były one średnio o 10 wielkości gwiazdowych mniejsze od obserwowanych w Drodze Mlecznej. Na tej podstawie oszacował odległość do M31 na około 500 tysięcy lat świetlnych. Zdziwiony wynikami wysunął śmiałą hipotezę – nazwaną wyspowym wszechświatem – że obserwowane spiralne mgławice są w istocie niezależnymi galaktykamiHeber Curtis, Novae in Spiral Nebulae and the Island Universe Theory, Publications of the Astronomical Society of the Pacific 100: 6 stycznia 1918..
Odważna sugestia Curtisa odbiła się szerokim echem w środowisku astronomów. 26 kwietnia 1920 Curtis i Harlow Shapley odbyli słynną Wielką Debatę, dotyczącą Drogi Mlecznej, mgławic spiralnych i rozmiarów Wszechświata. 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. Przedstawił również swoje obliczenia dotyczące gwiazd nowych w M31 oraz wykazał podobieństwo pomiędzy ciemnymi pasmami obserwowanymi w mgławicach spiralnych i obłokami pyłu odnajdywanymi w Drodze MlecznejThe Shapley – Curtis Debate in 1920 oraz powiązane dokumenty na stronach NASA..
Pozagalaktyczne cefeidy W 1923 Edwin Hubble wykonał dokładne zdjęcia M31 przy użyciu największego wówczas, 2,5-metrowego teleskopu zwierciadlanego. Szukając gwiazd nowych, przypadkowo odnalazł na jednym z nich gwiazdę zmienną. Zdjęcie, na którym ją zaznaczył, jest jedną z najbardziej znanych astronomicznych fotografiiAstronomy Picture of the Day, z dnia 6 kwietnia 1996.. Odnajdując kolejne, zidentyfikował je jako cefeidy, co pozwoliło mu obliczyć odległość do Galaktyki Andromedy. Wynik znacznie przewyższał rezultaty badań Hebera Curtisa.
Badania Hubble’a ostatecznie dowiodły, że M31 jest w rzeczywistości osobną, znacznie oddaloną od nas galaktyką. Hubble jednak wówczas nie wiedział, że istnieją dwa typy cefeidOdkrył to Walter Baade. – jego oszacowanie odległości okazało się jeszcze ponad dwukrotnie za małe.
Rola Galaktyki Andromedy Galaktyka Andromedy, najbliższa duża spiralna (choć nie najbliższa w ogóle), odgrywa znaczącą rolę w studiach nad galaktykami, naturą gwiazd i całego Wszechświata. Część Drogi Mlecznej jest bowiem zasłonięta przez pył międzygwiazdowy.
W 1943 Walter Baade, analizując gwiazdy w centrum M31, podzielił je na dwie populacje: młode wirujące w dysku (Typ I) oraz stare czerwone w centralnym zgrubieniu (Typ II). Używana przez Baadego nomenklatura została przyjęta do opisu gwiazd w innych galaktykach.
Pierwsze radiowe mapy Galaktyki Andromedy zostały wykonane w latach 50. XX w. przez Johna Baldwina z Cambridge Radio Astronomy Group. Jądro M31 zostało skatalogowane jako 2C 56.
Podstawowe informacje M31 jest jedną z niewielu galaktyk, których widma wykazują przesunięcie ku fioletowi. Jej prędkość radialna względem Słońca równa jest około 300 km/s. Po odliczeniu prędkości Układu Słonecznego wewnątrz Drogi Mlecznej, uzyskamy prędkość zbliżania się naszej Galaktyki i Galaktyki Andromedy – jest ona równa około 100 km/s. Nie oznacza to, że obie galaktyki na pewno zderzą się w odległej przyszłości, gdyż do tego styczna składowa wektora prędkości M31 musi być dostatecznie mała. Precyzyjne pomiary wykonane przy użyciu Teleskopu Hubble’a wykluczyły jednak w 2012 roku scenariusz, w którym galaktyki miałyby się minąć. Galaktyka Andromedy jest zatem rzeczywiście na kursie kolizyjnym z Drogą Mleczną, a początek zderzenia nastąpi za około 4,5 miliarda lat. Obie galaktyki najprawdopodobniej będą mieszać się przez kilka miliardów lat, a ostatecznie stworzą ogromną galaktykę eliptycznąDr John Dubinski, University of Toronto, A Collision Between The Milky Way And The Andromeda Galaxy.. Takie zderzenia są pospolite we Wszechświecie (przykładem mogą być galaktyki Czułki).
Określenie dokładnej odległości do M31 nastręczało trudności. Kiedy w roku 1953 odkryto drugi, ciemniejszy typ cefeid (tzw. gwiazdy typu W Virginis), dystans oszacowany przez Edwina Hubble’a na ponad milion lat świetlnych został podwojony. W latach 90. XX wieku satelita Hipparcos określił tę odległość na 2,9 mln lat świetlnych. Jednak, gdy później okazało się, że w przypadku bardzo odległych obiektów pomiary wykonane przy pomocy tego satelity często bywają zawyżone o około 10%, zasugerowano, że dystans do M31 może być mniejszy.
W 2005 roku grupa astronomów pod kierownictwem Ignasi Ribasa ogłosiła znalezienie w Galaktyce Andromedy układu zaćmieniowego dwóch gwiazd. Układ oznaczony jako M31VJ00443799+4129236Położenie M31VJ00443799+4129236 to: Ra. 00h 44m 37,99s, Dec. +41°29′23,6″. składa się z jasnych, gorących, błękitnych gwiazd typu O oraz B. Badając okres zmienności (3,54969 dni), astronomowie mogli wyznaczyć rozmiary gwiazd. Znajomość rozmiarów i temperatury pozwoliła obliczyć ich absolutne wielkości gwiazdowe. To pozwoliło oszacować odległość do nich na 2,52 ± 0,14 mln lat świetlnych. Jest to obecnie przyjmowana wartość, zgadzająca się z wynikami obserwacji cefeid oraz pomiarami przeprowadzonymi przy pomocy satelity Hipparcos (po korekcie).
Obecne oszacowania masy halo Galaktyki Andromedy, włącznie z ciemną materią dają wartość około 1,23 , w porównaniu do 1,9 Drogi Mlecznej. Dlatego M31 może nie być, jak sądzono wcześniej, główną masą w Grupie Lokalnej, chociaż jest dużo większa od naszej galaktyki i zawiera znacznie więcej gwiazd.
W szczególności, Galaktyka Andromedy zawiera więcej typowych gwiazd i jej szacowana jasność jest dwukrotnie większa niż Drogi Mlecznej. Z kolei w naszej galaktyce tempo formowania gwiazd jest większe. W M31 sumarycznie powstaje średnio jedna gwiazda o masie Słońca rocznie, w porównaniu do 3–5 takich gwiazd w Drodze Mlecznej. To sugeruje, że Galaktyka Andromedy ma już za sobą proces intensywnego powstawania gwiazd, który w Drodze Mlecznej wciąż trwa. Może to oznaczać, że w przyszłości obie galaktyki zrównają się pod względem liczby gwiazd.
Niektórzy badacze uważają, że Galaktyka Andromedy może być większa niż obecnie powszechnie się sądzi. Jej dysk miałby lat świetlnych średnicy, a możliwe, że niektóre czerwone olbrzymy znajdują się nawet w odległości lat świetlnych od jądra galaktykiSolstation.com Wyniki badań Galaktyki Andromedy..
Struktura Galaktyka Andromedy została sklasyfikowana jako Sb w sekwencji Hubble’a lub SA(s)b w nowszej klasyfikacji – galaktyka spiralna bez poprzeczki, ze średniej wielkości jądrem i dość dobrze rozwiniętymi ramionami spiralnymi. Doniesienia naukowe z 2006 r. pozwalają jednak przypuszczać, że M31 może mieć małą poprzeczkę. Wtedy odpowiadałoby jej raczej oznaczenie SAB(s)b. Andromeda jest także klasyfikowana jako „obszar jądrowych linii emisyjnych o niskiej jonizacji” (LINER, ) – jest to najbardziej powszechna klasa galaktyk o aktywnych jądrach.