Смотрим вооружённым глазом на галактику Андромеды

Смотришь в игру – видишь текстуры,
Тебе не понять тонкой натуры.
Я разработчик, но я не Господь...

Разработчик BioWare [1]

Опять изменим масштаб и от астероида прыгнем сразу до галактики. А чтобы не сильно отвлекаться от игровой тематики и иметь хоть какой-то ориентир в бесконечном познании, притянем за уши франшизу Mass Effect.

Первый взгляд

Туманность Андромеды, или M31, или галактика Андромеды – одна из двух крупных галактик в Местной группе наряду с родным Млечным Путём. Объект виден невооружённым глазом в направлении созвездия Андромеда, за что и получил своё первое название: туманность Андромеды.

Галактика Андромеды. Фото на паспорт

Хотя полный размер видимой части объекта достигает 3° (6 дисков Луны), но без оптических приборов можно уверенно разглядеть лишь яркий центр туманности.

История наблюдений

Каталогизация

Одним из первых наблюдателей, обративших внимание на данный объект, стал месье Шарль Мессье в 1760-х годах. В тот период он занимался охотой за кометами, а разные туманные облачка на небе его (и других охотников) отвлекали. Поэтому, чтобы больше не путаться и не терять время, туманность Андромеды была внесена в каталог Мессье под обозначением M31.

Спектральный анализ (1860-е)

Спустя почти сто лет стал набирать силу метод спектрального анализа, и учёные применяли его ко всему, что попадалось на глаза. Конечно, туманность Андромеды не стала исключением и также была подвергнута исследованию.

В отличие от многих других объектов из того же каталога Мессье, у туманности M31 оказался непрерывный спектр с линиями поглощения. Как если бы она излучала свет самостоятельно, а не переиспускала поглощенный. Такие спектры свойственны звёздам, а не туманностям, состоящих из газа.

Абсолютно чёрное тело испускает непрерывный спектр (слева-внизу).
Далее излучение проходит через облако газа, и часть света поглощается (справа-сверху).
А облако газа переизлучает поглощённую энергию в виде эмиссионных линий (внизу).

Эмиссионная туманность M43.
Газ ионизируется излучением горячих бело-голубых звёзд внутри и затем излучает на "своей волне".

Отражательная туманность вокруг звёздного скопления M45 (Плеяды).
В чём главное отличие? Отражательные туманности обычно более голубые, но в 1860-х смотрели глазом в телескоп, и цвета почти не различали.

О том, что туманности могут быть пылевыми и отражать свет звёзд, тогда ещё не знали. У отражательных туманностей будет непрерывный спектр, идентичный спектру подсвечивающей звезды. А в 1860-х все подобные объекты записывали в звёздные скопления. Туда же записали M31 и, в каком-то смысле, не ошиблись.

Наблюдения Хаббла (1924–1926)

Эдвин Хаббл (известный человек и телескоп, но тогда ещё только человек) провёл наблюдения за цефеидами в туманности Андромеды. Он открыл и вычислил светимость цефеиды V1, оценка расстояния до которой доказала, что туманность Андромеды лежит далеко за границами Млечного Пути. Таким образом было подтверждено существование отдельных звёздных кластеров – галактик, и галактика Андромеды стала второй открытой (после нашей родной).

Пример кривой блеска цефеиды (самая первая открытая цефеида: дельта Цефея из нашей Галактики)

Оригинальная пластинка с открытой цефеидой V1 в туманности Андромеды.
VAR!

Современные снимки V1.
Тоже, похоже, сделаны Хабблом, но уже Хабблом-телескопом.

Современные наблюдения

Уже прослеживается шаблон: когда появляется новый инструмент или наблюдательный приём, его естественно применяют к нашей ближайшей соседке в Местной группе. На данный момент измерены следующие параметры галактики:

За последнее десятилетие оценки массы сильно уменьшились, и, как видно, галактика Андромеды оказалась легче нашей Галактики, хотя и сохранила превосходство по линейным размерам и массе центральной чёрной дыры. Казалось бы, в чём сложность измерить массу звёздной системы? Дело в том, как мы "взвешиваем" галактики — мы это делаем по наблюдениям за гравитационным воздействием на объекты внутри и вокруг.

Очень много неизвестных, и из-за этого большой разброс результата. В каком-то смысле, проще взвесить галактику на огромном расстоянии по гравитационному линзированию, чем галактику Андромеды у нас под боком. Но это же и отличный полигон для проверки различных моделей, чтобы отбирать лишь те, что самым точным образом описывают реальные наблюдения.

Вот, например, проверка разных моделей для тёмной материи [2]:

Модель из трёх частей (колонки): Балдж (выпуклость в центре) + Диск + Гало из тёмной материи.
А по строкам отложены разные модели тёмной материи.
Параметр BIC – точность попадания модели в наблюдаемую кривую (меньше – лучше)

Модель из четырёх частей: Внутренний балдж + Внешний балдж + Диск + Гало из тёмной материи.

Вот так выглядит наложение теоретического и практического результата.
Наблюдаемая кривая вращения – точки с вертикальными отрезками погрешности.
Теоретическая кривая – сплошная линия.

Массы в разных моделях различаются кратно. Даже соотношение вклада барионной и тёмной материи может сильно меняться от выбранной модели, что поднимает вопросы о возможной эволюции галактики (и Местной группы) в прошлом или о нашем знании о тёмной материи в целом.

Звёздные скопления

Ещё одна особенность галактики Андромеды – большое количество звёздных скоплений в гало. В наблюдениях за M31 даже описан отдельный класс звёздных скоплений – расширенные шаровые скопления.

Возможно, именно поэтому сценаристы Mass Effect: Andromeda отправили экспедицию в выдуманное звёздное скопление Heleus, а не куда-то ещё.

Вот так, по мнению художников Bioware, выглядит звёздное скопление.
По моему мнению, так выглядит инфаркт жопы астрофизика, когда он это увидит.

Я не нашёл данных, какими конкретными фактами вдохновлялись работники Bioware, но есть похожие черты между фантастическим скоплением в игре и скоплениями в реальности. Давайте попробуем понять тонкую натуру разработчиков.

Например, у галактики Андромеды открыто крупнейшее сферическое скопление,  скопление Mayall II (оно же G1), в центре которого действительно подозревают существование чёрной дыры.

Маленькая метка G1 внизу слева – это и есть скопление Mayall II

Реальное изображение скопления Mayall II.
Яркие объекты с крестообразной дифракционной картиной – это звёзды нашей Галактики, попавшие в кадр.

Данное скопление может быть остатком карликовой сфероидальной галактики. Предположения, правда, пока не очень уверенные и исходят из того, что скопление имеет необычное соотношение "Светимость – Радиус" и нехарактерное распределение металличности у звёзд [3]. И это не единственное подозрительное шаровое скопление у M31, есть ещё несколько [4] [5].

Диаграмма "Светимость – Радиус" с отмеченной G1 и другим кандидатом в остаток dSphs – B327.
Считается, что сферические скопления лежат ниже наклонной прямой, а остатки карликовых сфероидальных галактик – выше (но это неточно).

Еще одна диаграмма с большим количеством примеров.
Зона dSphs – область карликовых сфероидальных галактик.
Кружочки (чёрные и белые) относятся к M31.

Еще одним фактом, подтверждающим, что галактика Андромеды способна превращать свои спутники в подобие звёздных скоплений, являются звёздные потоки в гало [6]. Это вырванные приливными силами звёзды и газ, буквально размазанные по орбите бывшей карликовой галактики.

Открытые звёздные потоки у M31, которые возникли от "ошкуривания" спутников

А если мы хотим найти необычные звёздные скопления, то остатки карликовых сфероидальных галактик – отличный кандидат, ведь они имеют отличающуюся эволюцию и состав. И можно притянуть некоторые уникальные черты фантастического скопления Heleus, например:

Кратное ядро

Кроме звёздных потоков и скальпированных ядер карликовых галактик в гало, у галактики Андромеды есть ещё одно свойство, которое указывает на её "кровожадность" по отношению к соседям. Ядро галактики выглядит двойным. Потом внутри одного компонента разглядели третий [7] [8]. А сейчас наблюдатели замечают nested bar и другие тонкие элементы [10].

P1, P2 и P3 – скопления звёзд в ядре, вращающиеся вокруг центра.
BH – сверхмассивная чёрная дыра. [7]

Снимок галактики Андромеда в дальнем инфракрасном диапазоне (250 мкм) [10].
Особенно хорошо виден холодный межзвёздный газ.

Между точками A и B в ядре заметили протяженную структуру – бар [10].
Крестик или M31* – сверхмассивная чёрная дыра.
У M31 нет видимого бара, в отличие от нашей Галактики, но вот такой маленький огрызок откуда-то появился. В любом случае, это даёт представлением о том, как глубоко мы можем заглянуть в самые приватные части M31.

Подобные структуры в ядре, скорее всего, являются остатками относительно недавних поглощений других галактик. Называть такую конструкция кратным ядром с моей стороны не совсем корректно, потому что никаких дополнительных (сверхмассивных) чёрных дыр там не обнаружено.

Столкнёмся или нет?

Трудно игнорировать слона в комнате. Первый вопрос, который приходит на ум интересующемуся астрономией человеку про M31: столкнётся ли наша Галактика с галактикой Андромеды, и если да, то что случится?

До недавнего времени можно было отвечать так:

Но по последним данным (буквально, март 2026) вероятность столкновения вернулась к привычным 90% через 5–7.8 млрд. лет [9]. В любом случае, лучше  будет уточнить это через пару миллионов лет.

Вопрос про то, что случится при столкновении, я пока оставлю открытым, ибо это задача на ещё одну статью.

Но, надеюсь, у меня получилось нагнать страха, рассказывая про "ошкуренные" спутниковые галактики, вырванные потоки звёзд и газа, размазанные по орбитам вокруг, и недоеденные останки внутри ядра. Галактика Андромеды оказалась не прекрасной греческой принцессой, а кровожадной дщерью царя эфиопского. Она разрывает на части и поедает всех, кто неосторожно приблизится, а потом украшает своё ожерелье (гало) черепами жертв.

Заключение

Галактика Андромеды – наша ближайшая соседка, которую мы бесстыдно разглядываем практически с того момента, как посмотрели в ночное небо. И чем больше мы развиваем свои инструменты наблюдения, тем больше деталей открываем. И "кровожадность" M31 нам даже помогает, ведь можно наблюдать поглощения и слияния галактик, их гало и вещества на разных стадиях.

Некоторые из открытых фактов, вполне вероятно, вдохновили разработчиков Bioware на создание скопления Heleus. На удивление, оно не совсем оторвано от реальности (с поправкой на абсолютно фантастический нуль-элемент и внешний вид, так называемую текстуру).

Благодарю за внимание!

Источники

Изменения: