В ходе знаменательного исследования ученые с помощью космического телескопа Хаббла составили карту огромной газовой оболочки, называемой гало, окружающей галактику Андромеды, нашего ближайшего большого галактического соседа. Ученые были удивлены, обнаружив, что это тонкое, почти невидимое гало диффузной плазмы простирается на 1,3 миллиона световых лет от галактики – примерно на полпути к нашему Млечному Пути – и на 2 миллиона световых лет в некоторых направлениях. Это означает, что ореол Андромеды уже натыкается на ореол нашей галактики.
Они также обнаружили, что гало имеет слоистую структуру с двумя основными вложенными и отдельными оболочками газа. Это наиболее полное исследование гало, окружающего галактику Андромеды.
«Понимание огромных газовых ореолов, окружающих галактики, чрезвычайно важно, – объяснила соисследователь Саманта Берек из Йельского университета в Нью-Хейвене, штат Коннектикут. – Этот резервуар газа содержит топливо для будущего звездообразования в галактике, а также утечки в результате таких событий, как сверхновые. Он полон ключей к разгадке прошлой и будущей эволюции галактики, и мы, наконец, можем изучить ее во всех деталях у нашего ближайшего галактического соседа ».
«Мы обнаружили, что внутренняя оболочка, простирающаяся примерно на полмиллиона световых лет, намного более сложна и динамична, – объяснил руководитель исследования Николас Ленер из Университета Нотр-Дам в Индиане. – Внешняя оболочка более гладкая и горячая. Эта разница, вероятно, является результатом воздействия активности сверхновой в диске галактики, более непосредственно влияющей на внутреннее гало».
Признаком этой деятельности является открытие командой большого количества тяжелых элементов в газовом ореоле Андромеды. Более тяжелые элементы создаются в недрах звезд, а затем выбрасываются в космос – иногда очень агрессивно, когда звезда умирает. Затем гало загрязнено этим материалом от звездных взрывов.
Галактика Андромеды, также известная как M31, представляет собой величественную спираль, состоящую примерно из 1 триллиона звезд и сопоставимую по размеру с нашим Млечным путем. На расстоянии 2,5 миллиона световых лет она настолько близко к нам, что галактика выглядит как светящееся пятно в форме сигары высоко в осеннем небе. Если бы его газовый ореол можно было увидеть невооруженным глазом, он был бы примерно в три раза шире Большой Медведицы. Это было бы самой большой особенностью ночного неба.
В рамках программы под названием Project AMIGA (Карта поглощения ионизированного газа в Андромеде) в ходе исследования изучался свет 43 квазаров – очень далеких, блестящих ядер активных галактик, питаемых черными дырами, – расположенных далеко за пределами галактики Андромеды. Квазары разбросаны за гало, что позволяет ученым исследовать несколько регионов. Глядя через гало на свет квазаров, команда наблюдала, как их свет поглощается гало Андромеды и как это поглощение изменяется в разных областях. Огромный ореол Андромеды состоит из очень разреженного и ионизированного газа, который не испускает легко обнаруживаемого излучения. Следовательно, отслеживание поглощения света, исходящего от фонового источника, – лучший способ исследовать этот материал.
Исследователи использовали уникальные возможности спектрографа космического происхождения Хаббла (COS) для изучения ультрафиолетового излучения квазаров. Ультрафиолетовый свет поглощается атмосферой Земли, что делает невозможным наблюдение с помощью наземных телескопов. Команда использовала COS для обнаружения ионизированного газа из углерода, кремния и кислорода. Атом становится ионизированным, когда радиация лишает его одного или нескольких электронов.
Команда Ленера и раньше исследовала гало Андромеды. В 2015 году они обнаружили, что ореол Андромеды большой и массивный. Но было мало намека на его сложность; Теперь он нанесен на карту более подробно, что позволило определить его размер и массу гораздо точнее.
«Раньше было очень мало информации – всего шесть квазаров – в пределах 1 миллиона световых лет от галактики. Эта новая программа предоставляет гораздо больше информации об этой внутренней области ореола Андромеды, – пояснил соисследователь Дж. Кристофер Хоук, также из Нотр-Дама. – Зондирование газа в пределах этого радиуса важно, так как оно представляет собой что-то вроде гравитационной сферы влияния Андромеды».
Поскольку мы живем внутри Млечного Пути, ученым нелегко интерпретировать сигнатуру гало нашей собственной галактики. Однако они считают, что ореолы Андромеды и Млечного Пути должны быть очень похожи, поскольку эти две галактики похожи между собой. При чем обе галактики находятся на пути столкновения и примерно через 4 миллиарда лет сольются, образуя гигантскую эллиптическую галактику.
Ученые изучали газовые гало более далеких галактик, но эти галактики намного меньше на небе, а это означает, что количество достаточно ярких фоновых квазаров, чтобы исследовать их гало, обычно составляет только один на галактику. Поэтому пространственная информация по существу теряется. Из-за близости к Земле газовый ореол Андромеды вырисовывается в небе, что позволяет собирать гораздо более обширные образцы.
«Это действительно уникальный эксперимент, потому что только с Андромедой у нас есть информация о ее ореоле не только по одной или двум линиям обзора, но и по более чем 40, – пояснил Ленер. – Это новаторский подход к изображению всей сложности гало галактики за пределами нашего Млечного Пути».
Фактически, Андромеда – единственная галактика во Вселенной, для которой этот эксперимент может быть проведен сейчас, и только с Хабблом. Только с помощью чувствительного к ультрафиолету космического телескопа ученые смогут регулярно проводить эксперименты такого типа за пределами примерно 30 галактик, входящих в Местную группу.
«Таким образом, Project AMIGA также дал нам возможность заглянуть в будущее», – сказал Ленер.
Результаты исследования опубликованы 27 августа в журнале Astrophysical Journal.
Космический телескоп Хаббла – это проект международного сотрудничества между NASA и ESA (Европейское космическое агентство). Телескопом управляет Центр космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Научный институт космического телескопа (STScI) в Балтиморе проводит научные операции Хаббла. STScI управляется для НАСА Ассоциацией университетов для исследований в области астрономии в Вашингтоне, округ Колумбия.
