Σε μια μελέτη ορόσημο, επιστήμονες που χρησιμοποιούν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA έχουν χαρτογραφήσει τον τεράστιο κέλυφος αερίου, που ονομάζεται φωτοστέφανο, και περιβάλλει τον γαλαξία της Ανδρομέδας, τον πλησιέστερο μεγάλο γαλαξιακό γείτονά μας.
Η Ανδρομέδα είναι μεγαλύτερος από το Γαλαξία μας και διαθέτει ένα τρισεκατομμύριο άστρα, τρεις με πέντε φορές περισσότερα από το Γαλαξία μας.
Οι επιστήμονες εξεπλάγησαν όταν διαπίστωσαν ότι αυτό το αδύνατο, σχεδόν αόρατο φωτοστέφανο του διάχυτου πλάσματος εκτείνεται 1,3 εκατομμύρια έτη φωτός από τον γαλαξία - περίπου στα μισά του δρόμου προς τον Γαλαξία μας - και έως και 2 εκατομμύρια έτη φωτός σε ορισμένες κατευθύνσεις. Αυτό σημαίνει ότι το φωτοστέφανο της Ανδρομέδας χτυπά ήδη το φωτοστέφανο του δικού μας γαλαξία.
Διαπίστωσαν επίσης ότι το φωτοστέφανο έχει στρωματοποιημένη δομή, με δύο κύριες φωλιές και ξεχωριστά κελύφη αερίου. Αυτή είναι η πιο ολοκληρωμένη μελέτη ενός φωτοστέφανου που περιβάλλει έναν γαλαξία.
"Η κατανόηση των τεράστιων αλογόνων του αερίου που περιβάλλουν τους γαλαξίες είναι εξαιρετικά σημαντική", εξήγησε η συν-ερευνητής Samantha Berek του Πανεπιστημίου Yale στο New Haven του Κονέκτικατ. "Αυτή η δεξαμενή αερίου περιέχει καύσιμο για μελλοντικό σχηματισμό αστεριών μέσα στον γαλαξία, καθώς και εκροές από γεγονότα όπως οι σουπερνόβες. Είναι γεμάτο από ενδείξεις σχετικά με το παρελθόν και τη μελλοντική εξέλιξη του γαλαξία και τελικά είμαστε σε θέση να το μελετήσουμε σε μεγάλο βαθμό λεπτομέρεια στον κοντινότερο γαλαξιακό γείτονά μας. "
"Βρίσκουμε ότι το εσωτερικό κέλυφος που εκτείνεται σε περίπου μισό εκατομμύριο έτη φωτός είναι πολύ πιο περίπλοκο και δυναμικό", εξήγησε ο επικεφαλής της μελέτης Νικολά Λέχνερ του Πανεπιστημίου της Νοτρ Νταμ στην Ιντιάνα. "Το εξωτερικό κέλυφος είναι πιο ομαλό και πιο ζεστό. Αυτή η διαφορά είναι πιθανό αποτέλεσμα από την επίδραση της δραστηριότητας σουπερνόβα στο δίσκο του γαλαξία που επηρεάζει άμεσα το εσωτερικό φωτοστέφανο."
Μια υπογραφή αυτής της δραστηριότητας είναι η ανακάλυψη της ομάδας ενός μεγάλου όγκου βαρέων στοιχείων στο αέριο φωτοστέφανο της Ανδρομέδας. Τα βαρύτερα στοιχεία μαγειρεύονται στο εσωτερικό των αστεριών και στη συνέχεια εκτοξεύονται στο διάστημα - μερικές φορές βίαια καθώς πεθαίνει ένα αστέρι. Το φωτοστέφανο μολύνεται με αυτό το υλικό από αστρικές εκρήξεις.
Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας, γνωστός και ως M31, είναι μια μαγευτική σπείρα ίσως έως και 1 τρισεκατομμυρίου αστεριών και συγκρίσιμου μεγέθους με τον Γαλαξία μας. Σε απόσταση 2,5 εκατομμυρίων ετών φωτός, είναι τόσο κοντά μας που ο γαλαξίας εμφανίζεται ως ένα πούρο σε σχήμα πούρου φωτός ψηλά στον φθινοπωρινό ουρανό. Εάν το αέριο φωτοστέφανό του μπορούσε να δει με γυμνό μάτι, θα ήταν περίπου τριπλάσιο του πλάτους του Big Dipper. Αυτό θα ήταν εύκολα το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό του νυχτερινού ουρανού.
Μέσω ενός προγράμματος που ονομάζεται Project AMIGA (Χάρτης απορρόφησης ιονισμένου αερίου στην Ανδρομέδα), η μελέτη εξέτασε το φως από 43 κβάζαρ - τους πολύ μακρινούς, λαμπρούς πυρήνες των ενεργών γαλαξιών που τροφοδοτούνται από μαύρες τρύπες - που βρίσκονται πολύ πέρα από την Ανδρομέδα. Τα κβάζαρ είναι διάσπαρτα πίσω από το φωτοστέφανο, επιτρέποντας στους επιστήμονες να διερευνήσουν πολλές περιοχές. Κοιτάζοντας μέσα από το φωτοστέφανο στο φως των κβάζαρ, η ομάδα παρατήρησε πώς αυτό το φως απορροφάται από το φωτοστέφανο Andromeda και πώς αλλάζει η απορρόφηση σε διαφορετικές περιοχές. Το τεράστιο φωτοστέφανο Andromeda είναι κατασκευασμένο από πολύ καθαρισμένο και ιονισμένο αέριο που δεν εκπέμπει ακτινοβολία που είναι εύκολα ανιχνεύσιμη. Επομένως, η ανίχνευση της απορρόφησης του φωτός που προέρχεται από μια πηγή φόντου είναι ένας καλύτερος τρόπος ανίχνευσης αυτού του υλικού.
Αυτή η εικόνα απεικονίζει το αέριο φωτοστέφανο του γαλαξία της Ανδρομέδας αν μπορούσε να δει με γυμνό μάτι. Σε απόσταση 2,5 εκατομμυρίων ετών φωτός, ο μεγαλοπρεπής σπειροειδής γαλαξίας της Ανδρομέδας είναι τόσο κοντά μας που εμφανίζεται ως ένα πούρο σε σχήμα πούρου φωτός ψηλά στον φθινοπωρινό ουρανό. Εάν το αέριο φωτοστέφανό του μπορούσε να φανεί με γυμνό μάτι, θα ήταν περίπου τρεις φορές το πλάτος του Big Dipper - εύκολα το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό του νυχτερινού ουρανού. Πίστωση: NASA, ESA, J. DePasquale και E. Wheatley (STScI) και Z. Levay (εικόνα φόντου)
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη μοναδική ικανότητα του Hubble's Cosmic Origins Spectrograph (COS) να μελετήσουν το υπεριώδες φως από τα κβάζαρ. Το υπεριώδες φως απορροφάται από την ατμόσφαιρα της Γης, γεγονός που καθιστά αδύνατη την παρατήρηση με επίγεια τηλεσκόπια. Η ομάδα χρησιμοποίησε COS για να ανιχνεύσει ιονισμένο αέριο από άνθρακα, πυρίτιο και οξυγόνο. Ένα άτομο ιονίζεται όταν η ακτινοβολία αφαιρεί ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια από αυτό.
Το φωτοστέφανο της Ανδρομέδας έχει προηγουμένως διερευνηθεί από την ομάδα του Λέχνερ. Το 2015, ανακάλυψαν ότι το φωτοστέφανο της Ανδρομέδας είναι μεγάλο και τεράστιο. Αλλά υπήρχε μικρή ένδειξη της πολυπλοκότητάς του. τώρα, έχει χαρτογραφηθεί με περισσότερες λεπτομέρειες, με αποτέλεσμα το μέγεθος και η μάζα του να προσδιορίζονται με μεγαλύτερη ακρίβεια.
"Προηγουμένως, υπήρχαν πολύ λίγες πληροφορίες - μόνο έξι κβάζαρ - εντός 1 εκατομμυρίου ετών φωτός από τον γαλαξία. Αυτό το νέο πρόγραμμα παρέχει πολύ περισσότερες πληροφορίες για αυτήν την εσωτερική περιοχή του φωτοστέφανου της Ανδρομέδας", εξήγησε ο συν-ερευνητής J. Christopher Howk, επίσης Η ΠΑΝΑΓΙΑ ΤΩΝ ΠΑΡΙΣΙΩΝ. "Η ανίχνευση αερίου σε αυτήν την ακτίνα είναι σημαντική, καθώς αντιπροσωπεύει κάτι βαρυτικής σφαίρας επιρροής για την Ανδρομέδα."
Επειδή ζούμε μέσα στον Γαλαξία, οι επιστήμονες δεν μπορούν εύκολα να ερμηνεύσουν την υπογραφή του φωτοστέφανου του γαλαξία μας. Ωστόσο, πιστεύουν ότι τα φωτοστέφανα της Ανδρομέδας και του Γαλαξία μας πρέπει να είναι πολύ παρόμοια, καθώς αυτοί οι δύο γαλαξίες είναι παρόμοιοι. Οι δύο γαλαξίες βρίσκονται σε πορεία σύγκρουσης και θα συγχωνευθούν για να σχηματίσουν έναν γιγαντιαίο ελλειπτικό γαλαξία που ξεκινά περίπου 4 δισεκατομμύρια γηίνα χρόνια από τώρα!
Οι επιστήμονες έχουν μελετήσει τα αέρια φωτοστέφανα των πιο απομακρυσμένων γαλαξιών, αλλά αυτοί οι γαλαξίες είναι πολύ μικρότεροι στον ουρανό, πράγμα που σημαίνει ότι ο αριθμός των αρκετά φωτεινών κβάζαρ για να ανιχνεύσουν το φωτοστέφανο τους είναι συνήθως μόνο ένας ανά γαλαξία. Οι χωρικές πληροφορίες επομένως ουσιαστικά χάνονται. Με τη γειτνίαση με τη Γη, το αέριο φωτοστέφανο της Ανδρομέδας βρίσκεται στον ουρανό, επιτρέποντας μια πολύ πιο εκτεταμένη δειγματοληψία.
"Αυτό είναι πραγματικά ένα μοναδικό πείραμα γιατί μόνο με την Ανδρομέδα έχουμε πληροφορίες σχετικά με το φωτοστέφανο του, όχι μόνο σε μία ή δύο οπτικές γωνίες, αλλά πάνω από 40", εξήγησε ο Lehner. "Αυτό είναι πρωτοποριακό για τη σύλληψη της πολυπλοκότητας ενός γαλαξιακού φωτοστέφανου πέρα από τον δικό μας Γαλαξία".
Στην πραγματικότητα, η Ανδρομέδα είναι ο μόνος γαλαξίας στο σύμπαν για τον οποίο αυτό το πείραμα μπορεί να γίνει τώρα και μόνο με το Χαμπλ. Μόνο με ένα μελλοντικό διαστημικό τηλεσκόπιο που είναι ευαίσθητο στην υπεριώδη ακτινοβολία, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να πραγματοποιήσουν ρουτίνα αυτού του είδους το πείραμα πέρα από τους περίπου 30 γαλαξίες που περιλαμβάνουν την Τοπική Ομάδα.
"Έτσι, το Project AMIGA μας έδωσε επίσης μια ματιά στο μέλλον", δήλωσε ο Lehner.
