При помощи телескопа Hubble астрономы NASA составили детальную карту газовой оболочки (гало) галактики Андромеды. В качестве подсветки использовалось излучение 43 фоновых квазаров — сверхъярких источников света на большом расстоянии. Поглощение света от них на луче зрения при его прохождении сквозь облако плазмы позволяет определить состав последнего. Газовая оболочка вокруг Андромеды имеет сложную двухъярусную структуру и простирается более чем на миллион световых лет, практически соприкасаясь с оболочкой нашей Галактики.
Галактика Андромеды, или Туманность Андромеды (M31) — это ближайшая к нам крупная галактика, по размерам в несколько раз превосходящая нашу галактику Млечный Путь.
Она находится на расстоянии двух с половиной миллионов световых лет и является самой крупной в Местном скоплении галактик. Это одна из немногих галактик, которые можно увидеть в ночном небе невооружённым глазом — на небесной сфере она расположена в северном созвездии Андромеды, недалеко от дуги Млечного Пути, и выглядит как вытянутая в одном направлении туманная полоска. Размер её длинной стороны на небе около трёх градусов, то есть шесть полных дисков Луны.
Проект AMIGA (Absorption Map of Ionized Gas in Andromeda) — обширная программа исследований галактики Андромеды и её окрестностей по данным телескопа Hubble в ультрафиолетовом диапазоне. Речь прежде всего о галактическом гало — газовой оболочке, окружающей галактики и простирающейся, вероятно, на расстояния, во много раз превышающие размеры самой галактики. Размер этой оболочки у галактик можно грубо оценить, из физических соображений, как расстояние, на котором частицы газа ещё остаются гравитационно связанными с галактикой (в астрофизике используется понятие вириального радиуса, только чаще оно встречается в различных моделях тёмной материи). Для галактики Андромеды это около миллиона световых лет. Такая оболочка сложена очень разреженной плазмой — ионизированным газом, собственное излучение которого обнаружить сложно, однако его общая масса, как считается, для гигантских галактик вроде Млечного Пути и Андромеды может быть приблизительно равной массе звёздного вещества в галактике. Структуру вещества гало можно изучить, если за ним расположен мощный источник света — квазар, или квази-звёздный объект (QSO, Quasi-Stellar Object). Это — активные ядра удалённых галактик и самые яркие источники света во Вселенной; их яркость во много раз превышает яркость всех звёзд в галактике вроде нашей. Если такой источник располагается за некоторой галактикой и её газовой оболочкой, то можно исследовать поглощение света на линии луча и по спектрам поглощения определить состав галактического гало.
Идея метода не нова, и раньше так пытались определять структуру гало удалённых галактик, которые случайно оказывались на линии зрения до какого-нибудь квазара. В отличие от них, область гало в Андромеде на небесной сфере занимает до 30°, и за ней располагается много таких объектов. Проект AMIGA предлагает картирование пространственной структуры газовой оболочки Андромеды при помощи нескольких десятков источников подсветки. При взгляде на множество «фоновых» источников света сквозь галактическое гало можно определить степень поглощения света на разных его участках. Всего галактика «подсвечивается» 43 такими квазарами, хаотично разбросанными по небесной сфере на разных расстояниях от её центра. Основной инструмент исследования на космическом телескопе Hubble — ультрафиолетовый спектрограф COS (Cosmic Origins Spectrograph). Ультрафиолетовый диапазон позволяет обнаружить линии поглощения тяжёлых элементов в ионизированном газе — углерода, кремния и кислорода. Поскольку ультрафиолет поглощается атмосферой Земли, такое исследование доступно только при помощи спектрографов на космических телескопах. Подобное исследование проводили и раньше, но в пилотной версии несколько лет назад было использовано шесть квазаров, что позволило установить существование гало и определить его размеры и примерный состав. В этот раз 43 источника дали более детальную картину. Новая статья по текущим результатам проекта вышла в конце августа 2020 года в The Astrophysical Journal (публикация также доступна как препринт на arXiv.org).
Такое «изучение на просвет» показало, что гало Андромеды имеет слоистую структуру: оно состоит из двух чётко различимых газовых слоёв — внутреннего и внешнего. Внутренняя оболочка размерами до полумиллиона световых лет имеет более сложное строение и динамику. Внешняя оболочка, напротив, более проста, но её газ находится при более высокой температуре. Вероятно, различие обусловлено влиянием взрывов сверхновых в диске галактики, которые в большей степени затрагивают именно внутреннюю оболочку. А внешняя часть гало имеет размеры 1,3 миллиона световых лет, что составляет половину расстояния до нашей Галактики. В некоторых направлениях её размер доходит до 2 миллионов световых лет.
Наша Галактика Млечный Путь должна быть окружена такой плазменной оболочкой аналогичного строения и размеров. Исследование общей структуры Млечного Пути и его газового гало сложнее из-за того, что Солнечная система находится внутри галактического диска вблизи одного из его краёв. С этого ракурса сложно судить даже о том, что находится на другой стороне диска Галактики. Распространённые изображения Млечного Пути как спиральной галактики с центральной перемычкой и нескольких её рукавов — это экстраполяция на основании изучения ближайших окрестностей (рукавов Ориона и Персея) и по аналогии со снимками других спиральных галактик, повёрнутых к нам лицевой стороной. Аналогично есть разумные основания считать, что гало галактики Андромеда и Млечного Пути должны быть похожими по структуре и размерам. Обе галактики движутся навстречу друг другу, и через 4 миллиарда лет должны столкнуться, образовав, вероятно, одну гигантскую галактику эллиптического типа. Судя по размерам обнаруженной газовой структуры, возможно, гало Андромеды уже соприкасается с такой же оболочкой нашей Галактики. Поэтому можно сказать, что слияние двух галактик уже началось.
