Туманность Андромеды: новая карта "звездных месторождений"

Астрофизики составили новую радиочастотную карту галактики Андромеды. Карта показывает детальное распределение и динамику холодного газа, который считается строительным материалом для формирования звезд. Согласно современным представлениям, звезды формируются в холодных газовых облаках с температурами ниже -220oC (50 K). В этих областях плотного газа гравитация может вызывать коллапс с последующим образованием молодой звезды.

Холодные газовые облака в галактиках состоят в основном из молекулярного водорода (H2). Эта молекула дает слабую спектральную линию в инфракрасной полосе спектра, которую нельзя наблюдать при помощи наземных телескопов из-за сильного поглощения этого излучения в атмосфере.

Однако астрономы могут косвенно определить количество молекулярного водорода по концентрации оксида углерода (CO), молекулы которого всегда находятся рядом с H2. Интенсивная спектральная линия CO с длиной волны 2,6 мм может наблюдаться радиотелескопами, находящимися в благоприятных атмосферных условиях: высоко в горах, пустынях или на Южном полюсе.

Исследования распределения CO в нашей Галактике проводятся уже давно. Астрономы определили, что холодного газа в Млечном пути достаточно для формирования звезд в течение миллионов лет. Тем не менее, процессы образования звезд лучше изучать не изнутри, а со стороны, и для этих целей ближайшая к нам галактика Андромеды является идеальным объектом.

Туманность Андромеды (M31), удаленная от Земли «всего» на 2,5 млн. св. лет, принадлежит к самому распространенному типу спиральных галактик, так же как и наш Млечный путь. Это одна из немногих галактик, видимых невооруженным глазом. Ее угловой диаметр составляет около 5о.

В 1995 году команда астрофизиков из Института миллиметровой радиоастрономии IRAM (Institut де Radioastronomie Millimetrique) в Гренобле, Франция, и Института радиоастрономии Макса Планка MPIfR (Max Planck Institute for Radio Astronomy) в Бонне, Германия, приступила к глобальной картографии туманности Андромеды по спектру CO. Для реализации этого проекта был использован 30-метровый радиотелескоп IRAM, который расположен в Пико-Велете (Pico Veleta) около Гранады в Испании на высоте 2970 м.

#gallery#
При угловом разрешении 23’’ и частоте наблюдения 115 ГГц (длина волны 2,6 мм) измерения были проведены в 1,5 млн. различных позиций. В каждой позиции одновременно производилось 256 измерений в полосе спектра 0,2% относительно центральной длины волны 2,6 мм. Таким образом, полное число измерений составляет приблизительно 400 млн. Согласно эффекту Доплера, смещение линии CO в спектре дает информацию о скорости холодного газа. Если общая спектральная линия широка, это свидетельствует о том, что облако газа либо расширяется, либо состоит из нескольких облаков с различными скоростями. Наблюдения были закончены в 2001 году. После обработки и анализа огромного количества данных была получена полная картина распределения холодного газа в M31.

Холодный газ в M31 сконцентрирован в тонких структурах спиральных ветвей, которые отчетливо прослеживаются по линиям CO на расстояниях от 25 тыс. до 40 тыс. св. лет от центра галактики. В центральных областях, где сосредоточена большая часть старых звезд, следы CO выражены более слабо.

В результате большого наклона M31 к плоскости наблюдения (приблизительно 78o) спиральные рукава сливаются в сильно вытянутый эллипс. Фактически, в течение долгого времени туманность Андромеды считалась эллиптической, а не спиральной галактикой.

Скорость газа колеблется от 500 км/с (синий цвет на диаграмме) до 100 км/с (красный цвет). Туманность Андромеды приближается к Земле со скоростью приблизительно 300 км/с и, по всей вероятности, подойдет вплотную к Млечному пути приблизительно через 2 млрд. лет. Кроме того, M31 вращается вокруг своей оси со скоростью порядка 200 км/с.

Наибольшая плотность холодного молекулярного газа наблюдается в спиральных ветвях, особенно в узком кольце формирования звезд. Происхождение этого кольца все еще не совсем ясно. Возможно, процесс образования звезд вызван действием магнитного поля M31. Наблюдения с помощью телескопа Effelsberg показали, что распределение магнитного поля галактики почти полностью совпадает со спиральными рукавами.

Кольцо формирования звезд в нашем собственном Млечном пути несколько меньше, чем в M31, и находится в пределах от 10 тыс. до 20 тыс. св. лет от центра Галактики. Несмотря на это, «наше» кольцо содержит почти в 10 раз больше молекулярного газа. С другой стороны, большое количество старых звезд около центра M31 указывает на то, что в прошлом темпы формирования звезд в этой галактике были намного выше, чем в настоящее время, — сейчас большая часть газа уже израсходована. Возможно, через несколько миллиардов лет наш Млечный путь будет выглядеть так же, как туманность Андромеды выглядит сейчас.