Туманность Андромеды (M31, NGC 224)

Арабский астроном Ас-Суфи, живший в X в. н. э., описывает "маленькое небесное облачно", легко различимое в темные ночи вблизи звезды n (ню) созвездия Андромеды. В Европе на него обратили внимание только в начале XVII в. Современник Галилея и его соратник в первых телескопических наблюдениях неба астроном Симон Мариус в декабре 1612 г. впервые направил телескоп на эту странную небесную туманность. "Яркость ее, - пишет Мариус, - возрастает по мере приближения к середине. Она походит на зажженную свечу, если на нее смотреть сквозь прозрачную роговую пластинку".
Несколько десятилетий спустя туманность Андромеды изучал Эдмунд Галлей, друг и ученик великого Ньютона. По его мнению, небольшие туманные пятна "не что иное, как свет, приходящий из неизмеримого пространства, находящегося в странах эфира и наполненного средою разлитой и самосветящейся". Другие религиозно настроенные астрономы, как, например, Дерхем, уверяли, что в этом месте "небесная хрустальная твердь" несколько тоньше обычного и поэтому отсюда на грешную землю изливается "неизреченный свет" царствия небесного.
Вопрос об истинной природе туманности Андромеды не был решен и в XIX в. Никто, конечно, уже не говорил о просвечивании "тверди небесной", но зато шли оживленные споры о том, состоит ли туманность из светящихся газов или из звезд, находится ли она за пределами нашей звездной системы, или из этой туманности в космических окрестностях Солнца рождается новая планетарная система.
Как и всегда в подобных случаях, спор был решен лишь тогда, когда появились новые достаточно мощные средства исследования. В 1924 г. Эдвин Хаббл, известный американский астроном, на фотоснимках, полученных с помощью 2,5-метрового рефлектора обсерватории Маунт Уилсон, впервые "разрешил" (то есть разделил) туманность Андромеды на отдельные. Впервые глазам исследователя предстала величественная звездная система с миллиардами солнц, возможно, с миллионами обитаемых планет, короче говоря, соседняя галактика.
Разделение туманности Андромеды на отдельные звезды решило вопрос и об удаленности от Земли. Что нельзя было сделать для туманности в целом, то оказалось сравнительно легким делом для отдельных составляющих ее звезд. Используя физические свойства некоторых из них, удалось уверенно показать, что туманность Андромеды находится не внутри нашей Галактики, а далеко за ее пределами, на расстоянии (по современным данным) 520 кпк. Так было положено начало внегалактической астрономии - одной из наиболее бурно развивающихся ныне отраслей науки о небе.
Туманность Андромеды - единственная галактика северного полушария неба, видимая невооруженным глазом. Ее звездная величина 4,3m. В темные ночи эта "туманная звезда" видна совершенно отчетливо, и для того, чтобы отыскать ее на небе, исключительная зоркость вовсе не обязательна.
Глазу туманность представляется маленьким овальным светящимся пятнышком с наибольшим поперечником 1/4 градуса (15'). Но это далеко не вся туманность, а только центральная, самая яркая ее часть. На хороших фотографиях туманность Андромеды гораздо крупнее - ее длина близка к 160', а ширина - к 40'. Иначе говоря, на таких снимках по площади туманность почти в 7 раз больше площади лунного диска! Но и это опять еще не вся туманность. Микрофотометр - прибор для измерения почернений на негативах астрономических объектов - улавливает воздействие света на эмульсию даже там, где глаз ничего не видит. В применение к негативам туманность Андромеды он "расширил" изображение этого уникального объекта до "астрономических" масштабов - 270 ' (или 4,5 гр) в длину и 240' (4 гр) в ширину! Значит, на самом деле туманность Андромеды занимает на небе площадь в 14 квадратных градусов, т. е. в 70 раз больше полной Луны! Будь наши глаза столь же чувствительны, как микрофотометры, туманность Андромеды показалась бы на небе величиной с треть ковша Большой Медведицы!
Постепенное "схождение на нет", размазанность краев - свойство всех известных галактик. Оно заставляет думать, что межгалактическое пространство вовсе не пусто, а наполнено разреженнейшей средой - межгалактической плазмой. Вообще естественнее думать, что галактики представляют собой уплотнения в той всеобъемлющей всепроникающей материальной среде, которая сплошь заполняет наблюдаемую нами часть Вселенной.
Обратите внимание и на другой факт. Если глазу туманность Андромеды представляется овальным пятном, то для микрофотометра она почти шарообразна. Это свойство туманности Андромеды роднит ее с нашей Галактикой, и с другими спиральными звездными системами. Их плоская чечевицеобразная форма - только обманчивая видимость. Точнее, плоский диск образует лишь главная часть звезд Галактики. Значительная же их доля составляет шарообразную "вуаль", весьма прозрачный "шар", включающий в себя и экваториальную "чечевицу".
Из всех известных нам галактик туманность Андромеды изучена лучше других. Мы знаем такие подробности о строении этого "звездного острова", которые известны, вероятно, далеко не всем его разумным обитателям.
Туманность Андромеды - исполинская звездная спираль с поперечником в 50 кпк, спираль, которую мы видим не плашмя и не "с ребра", а, так сказать, вполоборота. Примерно так же выглядит оттуда, из туманности Андромеды, наша Галактика, наш Млечный Путь.
Сходство двух галактик большое. Из огромных центральных шарообразных сгущений преимущественно желтых карликовых звезд - ядер галактик - выходят исполинские спиралеобразные звездные ветви. На великолепных недавно полученных цветных фотографиях туманности Андромеды, в отличие от желтоватого центрального ядра, ее ветви выглядят голубоватыми. Так и должно быть - в ядре в основном сосредоточены желтые звезды типа нашего Солнца, а зато силуэт, очертания спиральных ветвей создаются горячими голубовато-белыми звездами-гигантами.
В туманности Андромеды вспыхивают новые звезды, периодически "подмигивают" многочисленные цефеиды, несомненно, есть и другие знакомые нам классы переменных звезд. В 1885 г. там даже вспыхнула сверхновая звезда, на короткий срок засиявшая почти столь же ярко, как миллиарды звезд этой галактики!
Внутри туманности Андромеды и вокруг нее найдено около 170 шаровых звездных скоплений, очень похожих на принадлежащие нашей Галактике аналогичные объекты. Есть в соседней галактике и рассеянные звездные скопления, и газовые туманности, и облака мельчайшей твердой космической пыли. Последними вызваны многочисленные темные "провалы" на общем светящемся звездном фоне, хорошо различимые на фотоснимках туманности Андромеды.
Как и в нашей звездной системе, звезды туманности Андромеды обращаются вокруг ее ядра. Когда говорят о вращении подобной галактики, не следует понимать этот термин чересчур упрощенно. Галактики, подобные туманности Андромеды, не вращаются как единое целое, например, как патефонная пластинка. Однако нельзя движение звезд полностью уподоблять и движению планет Солнечной системы. Действительность находится между этими двумя крайностями - вращением твердого тела и "кеплеровским" обращением планет. В Галактике угловая скорость вращения убывает с увеличением расстояния от центра, о медленнее, чем по законам Кеплера. Такова лишь общая картина вращения спиральных галактик. Детали же ее очень сложны и до конца не выяснены.
Возможно, что вокруг некоторых звезд туманности Андромеды обращаются населенные разумными существами планеты, - в этом, в частности, нас убеждает обилие в ней звезд типа нашего Солнца. Если там существуют очаги цивилизаций, то, вероятно, они сосредоточены в ядре M31, состоящем из солнцеподобных звезд. Средние расстояния между отдельными звездами здесь гораздо меньше, чем в ветвях, и это облегчает связь цивилизаций. Кто знает, быть может, разумные обитатели ядра туманности Андромеды давно уже создали то Великое кольцо космического содружества, о котором так ярко рассказывал в "Туманности Андромеды" наш известный писатель и ученый И. А. Ефремов?
Туманность Андромеды окружена свитой из четырех гораздо меньших звездных систем. Главная из них, эллиптическая галактика M32, была открыта еще в XVIII в. Она видна в большой школьный рефрактор. Ее поперечник близок к 0,8 кпк, а звездное население состоит примерно из миллиарда звезд. Столь же малочисленно население и другой карликовой галактики NGC 205, хотя по размерам она вдвое больше первой. Похожи на них и остальные два спутника, открытые только в 1944 г. Рядом с этими крошечными звездными системами туманность Андромеды и наш Млечный Путь просто исполины. Впрочем, это обстоятельство не может служить основанием для самодовольства, так как количество уже известных нам гигантских галактик исчисляется многими миллионами.
По некоторым недавним оценкам расстояние до M31 на самом больше, чем думали до сих пор, и составляет 690000 пк. Если это так, то туманность Андромеды - величайшая из известных нам галактик. Ее поперечник близок к 90 кпк, что втрое больше диаметра нашей галактики!
Еще Хаббл заметил внутри огромного, шаровидного центрального ядра туманности Андромеды маленькое ядрышко, или керн. Выглядит керн как красноватая звездочка 13m,12. По существу же керн M31 похож на исполинское и очень плотное шаровое звездное скопление диаметром 14 св. лет и массой, в несколько сотен раз превосходящей массу Солнца. Керн вращается вокруг оси, завершая полный оборот примерно за 300000 лет. Любопытно, что керном обладает также и один из главных спутников M31 - галактика NGC205. Есть керн и в другом спутнике туманности Андромеды - галактике M32.

Ф. Ю. Зигель "Сокровища звездного неба"

"Мы находимся на пути к столкновению с галактикой Туманность Андромеды" - утверждает профессор астрономии Джон Дубински (John Dubinski), возглавляющий данный проект в соавторстве с Ларсом Хернкуистом (Lars Hernquist) из Гарвардского центра астрофизики (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics). Они утверждают, что в течении трех миллиардов лет наш Млечный Путь будет поглощен галактикой Андромеда.
Дубински объясняет, что расстояние в 2.2 миллиона световых лет между Млечным путем и Андромедой сокращается со скоростью около 500 тысяч километров в час, и по мере сближения двух галактик эта скорость будет увеличиваться.
Согласно Дубински, объединение галактик является в принципе обычным явлением. На самом деле, этот тип взаимодействия играет ключевую роль в процессе создания более крупных галактик и структур во вселенной. Хотя объединение галактик сейчас является не столь частым явлением, чем в первые дни существования вселенной, этот процесс все же продолжается, и наш собственный Млечный путь и его старшая сестра Андромеда являются его участниками.


Картина столкновения двух галактик для удаленного наблюдателя

Дубински смоделировал взаимодействие между Млечным путем и Андромедой, проследив движение 100 миллионов звезд и частиц материи под действием сил взаимной гравитации. Параллельное моделирование продолжалось в течение четырех дней на 1152-процессорном суперкомпьютере Blue Horizon - это система IBM RS/6000 SP3 в Суперкомпьютерном центре Сан Диего (SDSC). Следует отметить, что такое моделирование потребовало бы трех лет непрерывного счета на рабочей станции. Результатом работы стала наглядная, с высоким разрешением визуализация столкновения и объединения двух галактик с начала процесса до его окончания, а также некоторые очень подробные "снимки" структуры и динамики объединения галактик.
"Мы использовали Млечный путь и Андромеду только в качестве вычислительного эксперимента" - говорит Дубински. "Впервые мы смогли воссоздать всю картину взаимодействия и объединения десятков миллионов звезд двух галактик. Возможности новых суперкомпьютеров позволят нам улучшить точность моделирования галактик и структур больших размеров во вселенной."
"Возможно даже более интригующим является факт, что жизнь на земле, какой бы она ни была, может пережить это событие и стать свидетелем объединения двух галактик в течение миллиарда лет", говорит Дубински. Одним из доводов в пользу этого является то, что солнце будет существовать еще 5 миллиардов лет. Кроме того, очень мала вероятность, что звезды и планеты будут сталкиваться между собой, так как расстояния между ними довольно велики.
Через какое-то время ночное небо будет полностью заполнено приближающейся галактикой Андромеда и когда обе галактики объединятся, появятся два пояса света над ними, которые будут выглядеть как два Млечных пути - говорит Дубински. В процессе объединения два возможных исхода ожидают Солнце и Землю - мы может уйти в глубины межгалактического пространства и тем самым вообще избежать взаимодействия, или попасть в центр объединененной галактики, где будут сформированы новые звезды. А для обитателей Земли это будет потрясающий галактический фейерверк - благодаря взрывам огромных звезд в районе Солнца, ночное небо будет освещено достаточно ярко, чтобы прочесть газету.

Фотографии галактики: