Burzliwa historia Andromedy

Wykonane przez Teleskop Hubble zdjęcie „zatłoczonego” pola gwiazd w dysku M31 (Galaktyki Andromedy) dowodzi, że gwiazdy o różnych wiekach mogą być rozróżniane poprzez znajomość ich temperatury (opisywanej wskaźnikiem barwy) i jasności. Źródło: Ben Williams and the PHAT collaboration

Dokładne badania ruchów różnych populacji gwiazd w dysku galaktyki M31 (Andromedy) wykazały istnienie uderzających różnic pomiędzy tą galaktyką a naszą Drogą Mleczną. Sugerują one, że Andromeda miała dużo bardziej burzliwą przeszłość i mogła doświadczyć całkiem niedawnych zderzeń z mniejszymi galaktykami.

Budowa i wewnętrzne ruchy obiektów w dysku galaktyki spiralnej mogą powiedzieć nam wiele o jej historii. Andromeda (M31) to najbliższa nam galaktyka spiralna i zarazem największa galaktyka w Grupie Lokalnej, grupie, do której należy również Droga Mleczna. Możemy ją więc badać dość precyzyjnie, a dodatkowo nasza Galaktyka wydaje się być do niej bardzo podobna. Najnowsze badania M31 pod kierownictwem Claire Dorman z UC dotyczą analizy danych z dwóch bardzo obszernych przeglądów gwiazd w Andromedzie: wykonanego w Obserwatorium W. M. Kecka na Hawajach oraz przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Przegląd Spectroscopic and Photometric Landscape of Andromeda’s Stellar Halo (SPLASH) był możliwy dzięki zastosowaniu spektrokopu Keck/DEIMOS, pozwalającego na pomiary prędkości radialnych ponad 10 000 jasnych gwiazd w Andromedzie. Z kolei niedawno ukończony Panchromatic Hubble Andromeda Treasury (PHAT) dał astronomom wysokiej rozdzielczości zdjęcia ponad połowy z tych gwiazd na aż sześciu różnych długościach fali.

Obrazy o tak dobrej rozdzielczości pozwalają na rozdzielenie przestrzenne poszczególnych gwiazd dysku Andromedy. Dzięki obserwacjom na różnych częstotliwościach można je następnie podzielić na pewne podgrupy według ich wieku. Dzięki temu po raz pierwszy otrzymano dyspersję prędkości gwiazd dysku innej niż nasza galaktyki w funkcji ich wieku. Okazało się, że zależność jest tu duża: najmłodsze z gwiazd mają bardzo uporządkowany ruch i rotują po dość regularnych orbitach wokół środka galaktyki, podczas gdy te starsze mają zwykle ruch chaotyczny. Gwiazdy o wyraźnie określonych typach populacji poruszają się podobnie i ze zbliżoną prędkością (tzw. koherentnie), a te z dosyć luźno określonymi populacjami wykazują szerszy zakres prędkości, co oznacza, że mają też większą dyspersję przestrzenną. Gwiazdy poruszające się najbardziej koherentnie znajdują się ponadto bardzo cienkiej, płaskiej warstwie dysku.

Naukowcy biorą pod uwagę różne scenariusze powstawania i formowania się dysków tego typu galaktyk, które można by dopasować do uzyskanych teraz zależności obserwacyjnych. Jeden z nich zakłada stopniowe zakłócenia wysokiego uporządkowania przestrzennego gwiazd dysku na skutek występowania mergerów, czyli zlewania się M31 z innymi, mniejszymi galaktykami. Z poprzednich badań wynika, że takie mergery faktycznie miały tu miejsce – świadczą o tym ślady pozostałe po nich w halo Andromeday. Gwiazdy z pochłoniętych na tej drodze galaktyk karłowatych również mogą akreować na dysk dużej galaktyki, jednak sam proces akrecji nie tłumaczy jeszcze obserwowanej nadwyżki w dyspersji prędkości części gwiazd M31 w funkcji ich wieku.

Inny scenariusz zakłada formowanie się dysku z początkowego, grubego, pełnego niejednorodności dysku gazowego, który z czasem stopniowo się ustabilizował. Wówczas najstarsze gwiazdy formowałyby się w nim w tym czasie, gdy był on jeszcze pełen gazu, burzliwy i niejednorodny. Taki też byłby ich rozkład i prędkości własne. A po pewnym czasie dysk stałby się cieńszy i jego młodsze gwiazdy poruszałyby się już w sposób bardziej uporządkowany.

Być może też w grę wchodzi kombinacja obu tych scenariuszy. W wyjaśnieniu tej zagadki powinny według naukowców pomóc złożone symulacje numeryczne. Niezależnie jednak od tego okazuje się, że galaktyka Andromedy miała dużo bardziej niż Droga Mleczna burzliwą historię akrecji materii.

Według współczesnej kosmologii wielkie struktury we Wszechświecie, takie jak duże galaktyki – Andromeda czy Droga Mleczna – urosły na skutek „pożerania” mniejszych galaktyk satelitarnych i stopniowego przejmowania ich materii na drodze akrecji. Naukowcy przewidują, że 70 procent galaktyk o dyskach wielkość Andromedy przeszło pewną interakcję z co najmniej jednym sporym satelitarnym „ciałem obcym” w ciągu ostatnich 10 000 lat. I choć dysk naszej Drogi Mlecznej jest na to zbyt uporządkowany, to już galaktyka Andromedy pasuje do tych przewidywań całkiem dobrze. W tym kontekście zaobserwowany ruch gwiazd w dysku Andromedy wydaje się bardzo normalny.

Cały artykuł: Dorman, Guhathakurta et al., Uncovering the Detailed Structure and Dynamics of Andromeda's Complex Stellar Disk

Liczba odsłon: 1469